日本國立研究開發法人產業技術綜合研究所奈米材料研究部門奈米粒子功能設計團隊的首藤雄大研究員、川本徹首席研究員、高橋顯主任研究員等人,透過改良作爲藍色顏料使用的普魯士藍,開發出了可以回收、濃縮甲醇的新型吸附材料。
圖1從含有水氣的氣體中回收、濃縮甲醇示意圖(供圖:產業技術綜合研究所)
甲醇在化學工廠被廣泛用於製作塑膠的原料和溶劑。釋放到大氣中的甲醇則會導致PM2.5等大氣污染,因此目前透過燃燒等措施進行無害化處理。未將甲醇作爲資源進行回收的主要原因則是,若用吸附材料回收甲醇,則會同時吸附與甲醇親和性高的水氣。由於水和甲醇的化學性質相似,迄今爲止的吸附濃縮技術並不能單獨提取甲醇。
此次,研究團隊開發出了一種與水相比更強地吸附甲醇的吸附材料。根據甲醇的分子結構,研究團隊將構成吸附材料的普魯士藍金屬離子的種類和成分進行了最適化設計,其結果顯示對甲醇的吸附量爲活性碳的5倍以上。可以透過70℃的加熱處理除去甲醇回收時同時吸附的水氣,由此可與吸附性更強的甲醇分開。去除水氣後,透過加熱到150℃,可以回收95wt%的高濃度甲醇液體。
圖2(a)回收的甲醇與(b)實際燃燒的照片,(c)回收濃縮與燃燒、製造的能量對比(供圖:產業技術綜合研究所)
開發出的吸附材料有望將原本需要無害化處理的甲醇等有機溶劑再次作爲資源使用,從而實施資源循環型社會。
高橋主任研究員表示:「這種吸附材料目前還有一個問題,就是會吸附一部分水氣,但我們可以利用水和甲醇的解吸溫度不同,回收95wt%的甲醇液體。今後我們會繼續操作徵集共同研究甲醇吸附濃縮的合作夥伴,將此作爲基本技術,致力於其他醇類分子的吸附濃縮研究。」
原文:《科學新聞》
翻譯:JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌:ACS Applied Materials&Interfaces
論文:Recovery of pure methanol from humid gas using Mn–Co Prussian blue analogues
DOI:10.1021/acsami.2c17799