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公開番号2024118877
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-02
出願番号2023025440
出願日2023-02-21
発明の名称二酸化炭素吸着材および二酸化炭素吸収放出デバイス
出願人株式会社東芝
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類B01D 53/32 20060101AFI20240826BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】効率よく二酸化炭素を吸放出することができる二酸化炭素吸収放出デバイスを実現できる吸着材、並びに該吸着材を含んだ二酸化炭素吸収放出デバイスを提供すること。
【解決手段】実施形態によれば、二酸化炭素吸着材が提供される。該二酸化炭素吸着材は、二酸化炭素を吸着および放出することができ、1つ以上の環状ジスルフィド構造を含む。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
二酸化炭素を吸着および放出することができ、１つ以上の環状ジスルフィド構造を含む、二酸化炭素吸着材。
続きを表示（約 590 文字）【請求項２】
還元状態にて前記環状ジスルフィド構造に二酸化炭素を吸着可能であり、酸化状態にて前記環状ジスルフィド構造より二酸化炭素を放出可能である、請求項１に記載の二酸化炭素吸着材。
【請求項３】
電気応答により酸化還元を行うことができる、請求項１又は２に記載の二酸化炭素吸着材。
【請求項４】
前記環状ジスルフィド構造は、ベンゼン環、ナフタレン環、又は複素環にスルフィド基が直接結合した構造を有する、請求項３に記載の二酸化炭素吸着材。
【請求項５】
前記環状ジスルフィド構造は、４員環以上６員環以下の環状構造を有する、請求項３に記載の二酸化炭素吸着材。
【請求項６】
多孔質な金属有機構造体である、請求項１又は２に記載の二酸化炭素吸着材。
【請求項７】
多孔質な共有結合性有機構造体である、請求項１又は２に記載の二酸化炭素吸着材。
【請求項８】
前記環状ジスルフィド構造を含んだ分子を単位構造として含むポリマーである、請求項１又は２に記載の二酸化炭素吸着材。
【請求項９】
酸素の酸化還元電位よりも貴な酸化還元電位を示す、請求項１又は２に記載の二酸化炭素吸着材。
【請求項１０】
請求項１に記載の二酸化炭素吸着材を含んだ、二酸化炭素吸収放出デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、二酸化炭素吸着材および二酸化炭素吸収放出デバイスに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（ＣＯ
２
）をアミンなどの吸収剤に吸収させる技術は、火力発電所などのＣＣＳ（Carbon dioxide Capture and Storage: 二酸化炭素回収・貯留）プラントで使用され、地球温暖化防止のための技術として最有力候補とされている。二酸化炭素を吸収した吸収剤は、一般的に再生塔で加熱され、二酸化炭素を放出することで再生され、繰り返し使用される。このときの一般的な温度は１４０℃程度であり、大きなエネルギーを消費する。再生に要する熱やエネルギーは、ヒートデューティ又はエナジーペナルティとも言われている。この加熱温度を低くして二酸化炭素の放出を効率化できれば、エネルギーを削減でき、地球温暖化防止技術としてその普及を促進することができる。
【０００３】
省エネルギー再生方式として、吸着した二酸化炭素と水蒸気を置換する方法がある。吸着された二酸化炭素等と水蒸気の置換反応により、二酸化炭素は吸着材から放出される。この方法によれば加熱温度を１００℃以下に下げることができるが、放出ガス中に二酸化炭素以外に水蒸気が含まれる。そのため、後段で放出ガスを冷却し、水蒸気を凝縮して二酸化炭素から分離する工程が加わる。従って、加熱脱着よりは省エネルギーになり得るが、吸収剤の再生方法として最適とは言い難い。
【０００４】
他方、電気応答活性基を含んだ分子やポリマーを用いて、加熱の代わりに電位のスイッチングにより二酸化炭素を分離する技術も検討されている。この方法を用いれば加熱せずに二酸化炭素を放出させることができるため、省エネルギー効果が期待される。電位のスイッチングによる二酸化炭素分離は、二酸化炭素の吸放出に際し、反応部位に電荷が溜まって二酸化炭素を吸着するタイプと、結合の開裂を伴って二酸化炭素を吸着するタイプとの２種類に大別できる。後者の結合が開裂するタイプでは、再結合のしやすさが反応効率に大きな影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
米国特許出願公開第２０１４／０２７１４３４号明細書
【非特許文献】
【０００６】
J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 3 1033-1036
Org. Biomol. Chem. 2004, 2, 554-561
Chem. Eur. J. 2020, 26, 8007-8011
Eur. J. Org. Chem. 1998, 2409-2416
J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 16821-16824
Bull. Chem. Soc. Jpn. 1988, 61, 953-959
Phosphor. Sulfur., 1991, 63, 51-56
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実施形態は、効率よく二酸化炭素を吸放出することができる二酸化炭素吸収放出デバイスを実現できる吸着材、並びに該吸着材を含んだ二酸化炭素吸収放出デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、二酸化炭素吸着材が提供される。該二酸化炭素吸着材は、二酸化炭素を吸着および放出することができ、１つ以上の環状ジスルフィド構造を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
一例の環状ジスルフィド系酸化還元分子によるＣＯ
２
吸脱着スキーム。
他の例の環状ジスルフィド系酸化還元分子によるＣＯ
２
吸脱着スキーム。
一例の非環状ジスルフィド系酸化還元分子によるＣＯ
２
吸脱着スキーム。
一例の環状ジスルフィド系酸化還元分子の構造式を示す一覧図。
一例の酸化還元分子についての、反応部位でのＣＯ
２
結合エネルギー、及び活性酸素化と比較した反応部位へのＣＯ
２
吸着の優位性を示す分布図。
実施形態に係る二酸化炭素吸収放出デバイスの一例を模式的に表す断面図。
実施形態に係る二酸化炭素吸収放出デバイスの他の例が含むことのできる電気化学セルを模式的に表す断面図。
実施例２にて測定されたサイクリックボルタンメトリー曲線を表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について適宜図面を参照して説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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