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公開番号2024049576
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-10
出願番号2022155870
出願日2022-09-29
発明の名称CO2熱分解触媒の製造方法、CO2熱分解方法、再生CO2熱分解触媒の製造方法、及びCO2熱分解触媒
出願人日本製鉄株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類B01J 21/16 20060101AFI20240403BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】触媒を充填する容器のサイズを大型化することがなく、触媒製造段階でのCO₂排出量を抑制し、且つ高効率でCO₂を吸収及び分解可能なCO₂熱分解触媒の製造方法、CO₂熱分解方法、再生CO₂熱分解触媒の製造方法、及びCO₂熱分解触媒を提供する。
【解決手段】本発明の第一実施形態に係るCO₂熱分解触媒の製造方法は、化学式mNa₂O・SiO₂で表現される、1種以上のナトリウム珪酸化物を含む原材料を水に溶解させる工程と、原材料を溶解させた水溶液から水を蒸発させて、CO₂熱分解触媒であるnNa₂O・SiO₂を得る工程と、を備え、nを1.1～1.7の範囲内とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
化学式ｍＮａ
２
Ｏ・ＳｉＯ
２
で表現される、１種以上のナトリウム珪酸化物を含む原材料を水に溶解させる工程と、
前記原材料を溶解させた水溶液から前記水を蒸発させて、ＣＯ
２
熱分解触媒であるｎＮａ
２
Ｏ・ＳｉＯ
２
を得る工程と、
を備え、
前記ｎを１．１～１．７の範囲内とする
ＣＯ
２
熱分解触媒の製造方法。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記原材料に含まれる前記ナトリウム珪酸化物が、Ｎａ
２
ＳｉＯ
３
、及びＮａ
４
ＳｉＯ
４
の混合物であることを特徴とする請求項１に記載のＣＯ
２
熱分解触媒の製造方法。
【請求項３】
前記原材料に含まれる前記ナトリウム珪酸化物が、前記ｎＮａ
２
Ｏ・ＳｉＯ
２
であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
室温の、請求項１～３のいずれか一項に記載の製造方法によって得られたＣＯ
２
熱分解触媒に、ＣＯ
２
を吸収させる工程と、
前記ＣＯ
２
を吸収させた前記ＣＯ
２
熱分解触媒を非酸化性ガス雰囲気中で加熱することにより、前記ＣＯ
２
を熱分解する工程と、
を備え、
前記ＣＯ
２
を吸収させる際に、前記ＣＯ
２
熱分解触媒の温度を４５０℃未満とし、
前記ＣＯ
２
を熱分解する際に、前記ＣＯ
２
熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする
ＣＯ
２
熱分解方法。
【請求項５】
前記ＣＯ
２
の熱分解によって生成した副生炭素が付着した前記ＣＯ
２
熱分解触媒を水に溶解させることにより、前記ＣＯ
２
熱分解触媒から前記副生炭素を分離する工程
をさらに備える請求項４に記載のＣＯ
２
熱分解方法。
【請求項６】
請求項５に記載のＣＯ
２
熱分解方法によって得られた、前記ＣＯ
２
熱分解触媒が溶解され、且つ前記副生炭素が混入した水溶液から前記副生炭素を除去する工程と、
前記副生炭素が除去された前記水溶液から前記水を蒸発させて、再生ＣＯ
２
熱分解触媒を得る工程と、
を備える再生ＣＯ
２
熱分解触媒の製造方法。
【請求項７】
室温の、請求項６に記載の製造方法によって得られた再生ＣＯ
２
熱分解触媒に、ＣＯ
２
を吸収させる工程と、
前記ＣＯ
２
を吸収した前記再生ＣＯ
２
熱分解触媒を非酸化性ガス雰囲気中で加熱することにより、前記ＣＯ
２
を熱分解する工程と、
を備え、
前記ＣＯ
２
を吸収させる際に、前記再生ＣＯ
２
熱分解触媒の温度を４５０℃未満とし、
前記ＣＯ
２
を熱分解する際に、前記再生ＣＯ
２
熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする
ＣＯ
２
熱分解方法。
【請求項８】
前記ＣＯ
２
の熱分解によって生成した副生炭素が付着した前記再生ＣＯ
２
熱分解触媒を水に溶解させることにより、前記再生ＣＯ
２
熱分解触媒から前記副生炭素を分離する工程
をさらに備える請求項７に記載のＣＯ
２
熱分解方法。
【請求項９】
請求項８に記載のＣＯ
２
熱分解方法によって得られた、前記再生ＣＯ
２
熱分解触媒が溶解され、且つ前記副生炭素が混入した水溶液から前記副生炭素を除去する工程と、
前記副生炭素が除去された前記水溶液から前記水を蒸発させて、再生ＣＯ
２
熱分解触媒を得る工程と、
を備える再生ＣＯ
２
熱分解触媒の製造方法。
【請求項１０】
ｎＮａ
２
Ｏ・ＳｉＯ
２
を含み、
前記ｎが１．１～１．７の範囲内であり、
前記ｎＮａ
２
Ｏ・ＳｉＯ
２
は、化学式ｍＮａ
２
Ｏ・ＳｉＯ
２
で表現される、１種以上のナトリウム珪酸化物を含む原材料を水に溶解させて得られた水溶液から、前記水を蒸発させることによって製造される
ＣＯ
２
熱分解触媒。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ
２
熱分解触媒の製造方法、ＣＯ
２
熱分解方法、再生ＣＯ
２
熱分解触媒の製造方法、及びＣＯ
２
熱分解触媒に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、大気中の二酸化炭素（ＣＯ
２
）は増加の一途を辿っており、これが地球温暖化の一因であると言われて久しい。大気中のＣＯ
２
を炭素（Ｃ）に分解（還元）することができれば、この問題解決の一助となると共に、分解したＣを工業材料や燃料等の炭素源として使用できることから、工業的にも極めて有利である。従って、ＣＯ
２
を容易に吸収、及び分解することが可能な技術が求められている。また、触媒を用いてＣＯ
２
を吸収及び分解する場合は、触媒の再利用が容易であることも求められる。
【０００３】
特許文献１には、ＣＯ
２
を含んだＣＯ
２
含有ガスをアルカリ珪酸化物に接触させて、アルカリ珪酸化物にＣＯ
２
を吸収させ、このアルカリ珪酸化物を非酸化性雰囲気中で７００℃以上１６００℃以下に加熱してＣＯ
２
を炭素に分解して、炭素を分離することによる、ＣＯ
２
を回収して炭素を分離する方法において、炭素を分離する工程を経た後のアルカリ珪酸化物を酸化雰囲気中で融点以上１６００℃以下に加熱して、該アルカリ珪酸化物に残存した炭素を除去することを特徴とする、アルカリ珪酸化物の再生方法が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、アルカリ珪酸化物と石英ウールとが質量割合で５０：１～１：１０の比率となるようにし、かつ少なくとも一部で互いに接触させて反応系内に存在させ、これら反応系内材料を４５０℃以上６５０℃以下に加熱した状態で、ＣＯ
２
を含んだＣＯ
２
含有ガスを接触させることで、該ＣＯ
２
含有ガス中のＣＯ
２
を反応系内材料に吸収させる工程Ａと、反応系内を非酸化性雰囲気にして４５０℃以上７００℃以下に加熱することで、前記反応系内材料が吸収したＣＯ
２
を炭素に分解する工程Ｂとを有することを特徴とする、ＣＯ
２
を吸収して炭素に分解する方法が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、アルカリ珪酸化物と石英ウールとが質量割合で１：４０～１：６０００の比率となるようにし、かつ少なくとも一部で互いに接触した状態で反応系内に存在させ、これら反応系内材料にＣＯ
２
を含んだＣＯ
２
含有ガスを接触させることで、該ＣＯ
２
含有ガス中のＣＯ
２
を反応系内材料に吸収させる工程Ａと、反応系内を非酸化性雰囲気にして３５０℃以上７００℃以下に加熱することで、前記反応系内材料が吸収したＣＯ
２
を炭素に分解する工程Ｂとを有することを特徴とする、ＣＯ
２
を吸収して炭素に分解する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１９－１７７３３９号公報
特開２０２０－１９６６５３号公報
特開２０２０－１９６６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術では、ＣＯ
２
を吸収して炭素に分解するための触媒として、珪酸ナトリウム（Ｎａ
２
Ｏ・ｎＳｉＯ
２
）が用いられている。珪酸ナトリウムは、水酸化ナトリウムとケイ砂とを混合し、溶融凝固させることにより製造されている。
【０００８】
しかしながら、当該触媒を用いてＣＯ
２
を分解する際には、大きな熱エネルギーが必要とされる。具体的には、特許文献１の技術では、ＣＯ
２
を分解するために、触媒であるアルカリ珪酸化物を非酸化性雰囲気中で７００℃以上１６００℃以下に加熱しなければならない。さらに、ＣＯ
２
分解後の当該触媒に付着した副生炭素を除去し、触媒を再生する際にも、大きな熱エネルギーが必要とされる。具体的には、特許文献１の技術では、アルカリ珪酸化物から副生炭素を除去するために、アルカリ珪酸化物を酸化雰囲気中で融点以上１６００℃以下に加熱しなければならない。
【０００９】
このように、特許文献１の技術においては、ＣＯ
２
の分解及び触媒の再生のために大きな熱エネルギーが必要とされる。特許文献１には、加熱なしにＣＯ
２
を分解し、且つ熱溶融なしに再生可能なＣＯ
２
分解触媒やＣＯ
２
分解方法について、開示されていない。
【００１０】
特許文献２の技術では、ＣＯ
２
を吸収して炭素に分解するための触媒として、アルカリ珪酸化物、特に好ましくはＬｉの珪酸化物とＫの珪酸化物との混合物が用いられている。アルカリ珪酸化物は、水酸化カリウム及び／又は水酸化リチウムと珪砂とを混合し、溶融凝固させることにより製造されている。また、特許文献２の技術では、触媒及び石英ウールを反応系内で接触させる。特許文献２の技術では、触媒と石英ウールとの接触部においてＣＯ
２
分解反応が促進される。
（【００１１】以降は省略されています）

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