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製品案内

ガス貯蔵

二酸化炭素

ガス貯蔵用材料は、何十年にも渡り研究されていますが、最近では温室効果ガスの隔離と燃料貯蔵が材料科学において、研究開発が盛んに進んでいます。様々な材料から作られる活性炭は、ガスと蒸気の隔離に昔から使用されています。しかし、有機金属錯体を用いて、このガス貯蔵の分野で大きな進展がありました。候補となる材料を開発する上で、そのアプリケーションに対する適用性や効果を評価する必要があります。ガス吸着測定は、長きに渡り、また現在でも、幅広くこの分野の評価手法として使用されています。

カーボンは幅広い工業用途で活用されています。例えばカーボンブラックは印刷用インクやプリンター・トナーの顔料、タイヤなどのゴム製品やプラスティック類の充填材として使われます。活性炭の様なナノポーラスカーボンは主としてミクロ孔を含む多孔質体ですが、カーボンの前駆体や合成過程によってはメソ孔やマクロ孔も存在します。

活性炭は安価で、かつプレ/ポスト合成などの手法によって細孔構造や表面での化学反応を制御しやすいことから、ガス混合物、水処理、触媒などで吸着や分離といった重要な工業用途を見込まれています。最近では明確に定義されたカーボンの合成法が開発され、ミクロ孔からマクロ孔までの範囲の細孔を含む多孔質の新規なカーボンエアロゲルと同様に規則正しいメソポーラス・カーボン(例えばCMK)やカーボンナノチューブ/ホーンの様なミクロ/メソ孔構造に適合しています。これらの先進的なカーボン素材はガスやエネルギー貯蔵、電池(例えばスーパーキャパシタ)の様ななどの分野で大きな可能性と拡がりを持っています。

 

【関連技術資料】

Tech40:QSDFT(急冷固定密度汎関数理論)の応用:不規則性多孔質炭素の正確な細孔径解析のための新しい密度汎関数理論

Tech52:物理吸着試験用 吸着性物質:選択とそれらの物理的性質

Tech53: 円筒形及び球型細孔を有する炭素の細孔径の分析への急冷固相密度関数法(QSDFT)の適用

 

燃料貯蔵

地球温暖化が懸念されている中、空気中から二酸化炭素を取り出すことは、注目されている課題です。発電所や他の温室効果ガスを発生する場所から、二酸化炭素をより効率よく取り出す為に、次々と新規材料が合成されています。細孔容積や細孔サイズの判断は、主に77kの窒素吸着、87kのアルゴン吸着、273kの二酸化炭素吸着のいずれかで行われます。後者の手法、つまり二酸化炭素吸着が、炭素の細孔径分布測定には有効な手法ですが、低い相対圧によって、ミクロ細孔(<2nm)のレンジしか検出することができません。iSorbHPのような高圧を使用したガス吸着分析器では、二酸化炭素の等温線を237kにおいて、二酸化炭素の飽和蒸気圧(~35bar)まで測定することができ、メソとミクロ両方の細孔径を検出することが可能になります。

水素化合物

新しい燃料源の探索により、安全で効率の高い燃料貯蔵の方法が必要となりました。多孔質材料の表面や細孔内への吸着は、燃料貯蔵容器を非常に高く危険な圧力まで上げる事なく、その貯蔵容量を高める事に成功しました。このような材料の細孔容積や、細孔径を低い相対圧のガス吸着法で調べることによって、候補となる材料の実用に耐えうるか等の非常に重要な情報を得ることができます。実際に、燃料(水素かメタンガス)を使った高圧ガス吸着法を使えば、このような材料における貯蔵容積の信憑性の高いでデータを得ることができます。iSorbHPは、高圧に耐えることができる上、吸着データから貯蔵容積を計算する機能も備わっています。よって、この装置は、燃料貯蔵のための有効な材料を特定できる非常に価値あるツールなのです。

ガス分離

水素の貯蔵のための他のアプローチとしては、吸着剤から水素化合物を合成することです。この手法により、水素がある一定の圧力の中で貯蔵できる体積が大幅に増加します。燃料貯蔵用水素化合物を作る材料を調べる上で、2つの特性が非常に重要です。

1)絶対的な貯蔵可能な体積があること
2)水素化合物が合成したり分解される割合

この2つ目の物性が判れば、その候補となる材料が期待される時間内に水素を貯蔵することが出来るのか、また、実用的な割合で燃料を送り続けることができるかが判断できます。iSorbHPは、個体ガスプロセス動力学(SGPK)オプションがついていることにより、このようなデータを取り易くなっています。また、このSGPKオプションにより、似かよった同重体の動力学的な測定を可能にし、燃料が解放されたり貯蔵されたりするレートを調べることができます。

ガス分離において、二酸化炭素から窒素や、メタンから二酸化炭素のように、混合ガスから優先的にどちらかのガスを吸着させる材料が求められています。候補となる材料を選別する際に、分離したいガスの吸着等比体積熱を判断することによって、各々の材料の適用性を判断できます。これは大気圧に近い環境下で行うか、ガス吸着を可能とする機器を使って、様々な温度の中で計測すればその判断が行えます。吸着熱を二つの等温線から判断することもできますが、3つ以上のデータを使った方がより正確なデータが導き出せます。 寒剤を使用する機器は、その寒剤の沸点から測定温度に制限が出てしまいます。チラーを使うことにより様々な温度を得ることができますが、多く場合、チラーによる高い温度での吸着測定は、精度を欠きます。寒剤を使用しないCryoCoolerを使用すれば、Autosorb iQiSorbHPにて、多くのデータポイントを取得することにより、精度高い吸着熱データ得ることができます。

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