水蒸気を含むガスから有機溶媒だけを回収する吸着材を開発産総研

国立研究開発法人産業技術総合研究所は2023年2月16日、青色顔料として使われるプルシアンブルーを改良し、メタノールを回収、濃縮できる新しい吸着材を開発したと発表した。化学工場などから排出される水蒸気を含むガスからメタノールを回収できれば、メタノールのリサイクルが可能になる。

今回の研究で産総研は、プルシアンブルー類似体のうち、マンガン（Mn）とコバルト（Co）がシアノ基（CN）で架橋されたMn[Co(CN)₆]_2/3（Mn-Coプルシアンブルー）が、水蒸気を含む大気中のメタノールを吸着することを発見した。

活性炭と吸着量を比較したところ、活性炭ではほとんど吸着できない濃度500ppmvに相当するメタノール蒸気でも、Mn-Coプルシアンブルーは25℃で1kgあたり約300gを吸着。水蒸気が共存するガスでも1kgあたり154g吸着し、これは活性炭の5倍以上の吸着量となる。

水蒸気を含むガスからメタノールを吸着させると、同時に水蒸気も吸着するが、水蒸気とメタノールでは脱離する温度が大きく異なるため、70℃で水蒸気のほとんどを脱離させ、150℃でメタノールを脱離させられる。脱離した気体は、室温に冷ますことで液体となり、95wt％という高濃度のメタノールを回収できた。高濃度のメタノールは、燃焼が可能なだけでなく、燃料電池の燃料として発電にも利用できる。

メタノールは、プラスチックの原料や溶剤として化学工場で幅広く利用されているが、大気中に放出されると大気汚染の原因となるため、燃焼などの方法で無害化処理されている。吸着剤による回収も試みられてきたが、水蒸気とともに吸着されたエタノールを分離することができなかった。

産総研では、開発されたメタノール吸着材を使えば、メタノールを含む廃ガスや廃水を処理している化学工場やパルプ工場、製紙工場などから、資源としてメタノールを回収することが期待できるとしている。今後、連携企業を募り、Mn-Coプルシアンブルーの使用可能回数を詳しく調べるとともに、回収したメタノールの高純度化を図り、実用化を目指す。

今回の研究成果は2023年2月16日、アメリカ化学会「ACS Applied Materials & Interfaces」に掲載された。

水蒸気を含むガスから有機溶媒だけを回収する吸着材を開発　産総研