日本北海道大學研究生院工學研究院的坪内直人副教授和望月友貴特任助教的研究團隊發表研究成果稱，將鋁浮渣（溶解金屬）作爲二氧化碳（CO₂）化學吸收液，在浮渣與添加的二氧化碳共存的狀態下進行水熱處理，成功製備出了甲酸鹽和草酸鹽等有機酸鹽，同時還實施了將浮渣中的金屬鋁和氮化鋁向水鋁石的轉化、生成氫氣（H₂）以及銨離子（NH₄⁺），並去除了鹵素（氯和氟）。這種碳循環型處理技術在全球尚屬首例。相關研究成果已於3月20日發表在期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上。
圖 透過Al浮渣的碳循環型水熱處理，製備有機物質併除去雜質（供圖：北海道大學）
由於鋁重量輕，在汽車工業等致力於減量CO₂排放的行業其需求預計會進一步增加。但在Al的製造程序中會產生副產物鋁浮渣。這種浮渣既是一種寶貴的可回收資源，也是一種難以處理的廢棄物。
在日本，每年產生的鋁浮渣約佔Al生產總量的10%（37萬噸），儘管其中部分鋁含量較高的浮渣能夠被鋼鐵行業再利用，但每年仍有3萬噸左右的浮渣只能填埋處理。由於廢棄物處理成本高漲，導致部分生產車間不得不儲存浮渣，預計這種情況會變得更加嚴重。
關於浮渣的無害化、回收利用、有效利用，迄今爲止人們已經研究了多種方法。但是，高溫乾式處理方法會產生CO₂而且能耗巨大，使用H₂O的處理方法雖然具有可以同時脫滷和脫氮等優點，但即使在250℃的水熱條件下，氮的去除率也僅爲67%，成本效益不理想。此外，這些方法都沒有考慮碳循環，因此一直以來迫切需要一種碳循環型的處理技術。
此次，研究人員在存在CO₂源——焙鹼（NaHCO₃）的情況下，對鋁浮渣進行水熱處理，並對其氣、液、固相進行分析，結果發現，鋁浮渣中的金屬鋁、H₂O、CO2透過參與反應生成了H2和有機酸鹽，同時金屬鋁轉變爲了水鋁石形態。此外，氮化鋁中的氮轉化爲了NH₄⁺，固相中的氮去除率達到了約90%左右，鹵素也被一併去除。
研究人員還調查了鋁浮渣種類和NaHCO₃濃度對實驗結果的影響，結果表明，發現有機酸鹽和H₂的生成量在金屬鋁含量較高的鋁渣中更大，且NaHCO₃的添加量也爲最佳值。研究證實，在任何情況下，氮的去除率在300℃下都達到了90%以上，在此程序中金屬鋁和氮化鋁均轉化爲水鋁石。
坪内副教授表示：「本實驗室致力於透過化學手段解決‘資源、能源、環境’的相關問題。這項技術透過將低品位的鋁浮渣和二氧化碳作爲資源進行回收利用，有望減量廢棄物的產生量和溫室氣體的排放量。透過這些研究，我們希望能爲實施聯合國制定的永續發展目標（SDGs）做出貢獻。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：ACS Sustainable Chemistry & Engineering
論文：Co-processing method for the stabilization of aluminum dross and the production of valuable substrates via hydrothermal treatment
URL：doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c00116
