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特開2024-49576ＣＯ２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
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024049576
(43)【公開日】2024-04-10
(54)【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
(51)【国際特許分類】
B01J 21/16 20060101AFI20240403BHJP
C01B 33/32 20060101ALI20240403BHJP
C01B 32/05 20170101ALI20240403BHJP
B01J 21/20 20060101ALI20240403BHJP
【ＦＩ】
B01J21/16 M
C01B33/32
C01B32/05
B01J21/20 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022155870
(22)【出願日】2022-09-29
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100217249
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 耕一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100221279
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 健吾
(74)【代理人】
【識別番号】100207686
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 恭宏
(74)【代理人】
【識別番号】100224812
【弁理士】
【氏名又は名称】井口 翔太
(72)【発明者】
【氏名】土岐 隆太郎
【テーマコード（参考）】
4G073
4G146
4G169
【Ｆターム（参考）】
4G073CB05
4G073CB06
4G073FD21
4G073FD30
4G073UA01
4G146AA01
4G146BA09
4G146BB10
4G146BC03
4G146BC32A
4G146BC32B
4G146BC33A
4G146BC33B
4G146CA11
4G169BA15A
4G169BA15B
4G169BC02A
4G169BC02B
4G169CB81
4G169FB48
4G169FB57
4G169GA13
(57)【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
【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、
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、ＣＯ２熱分解触媒であるｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を得る工程と、
を備え、
前記ｎを１．１～１．７の範囲内とする
ＣＯ２熱分解触媒の製造方法。
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、ＣＯ２熱分解触媒であるｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を得る工程と、
を備え、
前記ｎを１．１～１．７の範囲内とする
ＣＯ２熱分解触媒の製造方法。
【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、Ｎａ２ＳｉＯ３、及びＮａ４ＳｉＯ４の混合物であることを特徴とする請求項１に記載のＣＯ２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ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２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ＣＯ２熱分解触媒に、ＣＯ２を吸収させる工程と、
前記ＣＯ２を吸収させた前記ＣＯ２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ＣＯ２を熱分解する工程と、
を備え、
前記ＣＯ２を吸収させる際に、前記ＣＯ２熱分解触媒の温度を４５０℃未満とし、
前記ＣＯ２を熱分解する際に、前記ＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする
ＣＯ２熱分解方法。
前記ＣＯ２を吸収させた前記ＣＯ２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ＣＯ２を熱分解する工程と、
を備え、
前記ＣＯ２を吸収させる際に、前記ＣＯ２熱分解触媒の温度を４５０℃未満とし、
前記ＣＯ２を熱分解する際に、前記ＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする
ＣＯ２熱分解方法。
【請求項5】
前記ＣＯ２の熱分解によって生成した副生炭素が付着した前記ＣＯ２熱分解触媒を水に溶解させることにより、前記ＣＯ２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ＣＯ２熱分解方法。
をさらに備える請求項４に記載のＣＯ２熱分解方法。
【請求項6】
請求項５に記載のＣＯ２熱分解方法によって得られた、前記ＣＯ２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ＣＯ２熱分解触媒を得る工程と、
を備える再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法。
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ＣＯ２熱分解触媒を得る工程と、
を備える再生ＣＯ２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ＣＯ２熱分解触媒に、ＣＯ２を吸収させる工程と、
前記ＣＯ２を吸収した前記再生ＣＯ２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ＣＯ２を熱分解する工程と、
を備え、
前記ＣＯ２を吸収させる際に、前記再生ＣＯ２熱分解触媒の温度を４５０℃未満とし、
前記ＣＯ２を熱分解する際に、前記再生ＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする
ＣＯ２熱分解方法。
前記ＣＯ２を吸収した前記再生ＣＯ２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ＣＯ２を熱分解する工程と、
を備え、
前記ＣＯ２を吸収させる際に、前記再生ＣＯ２熱分解触媒の温度を４５０℃未満とし、
前記ＣＯ２を熱分解する際に、前記再生ＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする
ＣＯ２熱分解方法。
【請求項8】
前記ＣＯ２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ＣＯ２熱分解触媒を水に溶解させることにより、前記再生ＣＯ２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ＣＯ２熱分解方法。
をさらに備える請求項７に記載のＣＯ２熱分解方法。
【請求項9】
請求項８に記載のＣＯ２熱分解方法によって得られた、前記再生ＣＯ２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ＣＯ２熱分解触媒を得る工程と、
を備える再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法。
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ＣＯ２熱分解触媒を得る工程と、
を備える再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法。
【請求項10】
ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を含み、
前記ｎが１．１～１．７の範囲内であり、
前記ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２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
ＣＯ２熱分解触媒。
前記ｎが１．１～１．７の範囲内であり、
前記ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２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
ＣＯ２熱分解触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、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熱分解触媒に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、大気中の二酸化炭素（ＣＯ２）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ＣＯ２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、ＣＯ２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ＣＯ２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、ＣＯ２を含んだＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２を炭素に分解して、炭素を分離することによる、ＣＯ２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、ＣＯ２を含んだＣＯ２含有ガスを接触させることで、該ＣＯ２含有ガス中のＣＯ２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ＣＯ２を炭素に分解する工程Ｂとを有することを特徴とする、ＣＯ２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ＣＯ２を含んだＣＯ２含有ガスを接触させることで、該ＣＯ２含有ガス中のＣＯ２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ＣＯ２を炭素に分解する工程Ｂとを有することを特徴とする、ＣＯ２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】
【特許文献1】特開２０１９－１７７３３９号公報
【特許文献2】特開２０２０－１９６６５３号公報
【特許文献3】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、ＣＯ２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（Ｎａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２）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ＣＯ２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、ＣＯ２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、ＣＯ２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、ＣＯ２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ＣＯ２を分解し、且つ熱溶融なしに再生可能なＣＯ２分解触媒やＣＯ２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、ＣＯ２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ＣＯ２分解反応が促進される。
【0011】
しかしながら、特許文献２の技術では、石英ウールの使用が必須であるので、触媒を充填する容器のサイズを大きくする必要がある。また、特許文献２の技術では、ＣＯ２を吸収する際に、熱エネルギーが必要とされる。具体的には、特許文献２の技術では、ＣＯ２を吸収するために、触媒及び石英ウールの混合物を４５０～６５０℃まで加熱しなければならない。
【0012】
従って、特許文献２の技術においては、ＣＯ２の吸収のために熱エネルギーが必要とされる。さらに特許文献２の技術においては、ＣＯ２の吸収設備の大型化が避けられない。特許文献２には、石英ウールの使用を省略する方法、並びに加熱なしにＣＯ２を吸収可能なＣＯ２分解触媒、及びＣＯ２分解方法について、開示されていない。
【0013】
特許文献３の技術では、ＣＯ２を吸収して炭素に分解するための触媒として、アルカリ珪酸化物が用いられている。アルカリ珪酸化物とは、例えばｎが２．６～４．６のｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２である。ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２は、水酸化ナトリ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３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３の技術では、触媒と石英ウールとの接触部においてＣＯ２分解反応が促進される。
【0014】
しかしながら、特許文献３の技術では、石英ウールの使用が必須であるので、触媒を充填する容器のサイズを大きくする必要がある。従って、特許文献３の技術においては、ＣＯ２の吸収のために熱エネルギーが必要とされる。特許文献３には、石英ウールの使用を省略する方法について開示されていない。
【0015】
以上の事情に鑑みて本発明は、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ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明の要旨は以下の通りである。
【0017】
（１）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、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、ＣＯ２熱分解触媒であるｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を得る工程と、を備え、前記ｎを１．１～１．７の範囲内とする。
（２）上記（１）に記載のＣＯ２熱分解触媒の製造方法では、好ましくは、前記原材料に含まれる前記ナトリウム珪酸化物が、Ｎａ２ＳｉＯ３、及びＮａ４ＳｉＯ４の混合物である。
（３）上記（１）に記載の製造方法では、好ましくは、前記原材料に含まれる前記ナトリウム珪酸化物が、前記ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２である。
（２）上記（１）に記載のＣＯ２熱分解触媒の製造方法では、好ましくは、前記原材料に含まれる前記ナトリウム珪酸化物が、Ｎａ２ＳｉＯ３、及びＮａ４ＳｉＯ４の混合物である。
（３）上記（１）に記載の製造方法では、好ましくは、前記原材料に含まれる前記ナトリウム珪酸化物が、前記ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２である。
【0018】
（４）本発明の第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法は、室温の、上記（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ＣＯ２熱分解触媒に、ＣＯ２を吸収させる工程と、前記ＣＯ２を吸収させた前記ＣＯ２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ＣＯ２を熱分解する工程と、を備え、前記ＣＯ２を吸収させる際に、前記ＣＯ２熱分解触媒の温度を４５０℃未満とし、前記ＣＯ２を熱分解する際に、前記ＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする。
（５）上記（４）に記載のＣＯ２熱分解方法は、好ましくは、前記ＣＯ２の熱分解によって生成した副生炭素が付着した前記ＣＯ２熱分解触媒を水に溶解させることにより、前記ＣＯ２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。
（５）上記（４）に記載のＣＯ２熱分解方法は、好ましくは、前記ＣＯ２の熱分解によって生成した副生炭素が付着した前記ＣＯ２熱分解触媒を水に溶解させることにより、前記ＣＯ２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。
【0019】
（６）本発明の第三実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法は、上記（５）に記載のＣＯ２熱分解方法によって得られた、前記ＣＯ２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ＣＯ２熱分解触媒を得る工程と、を備える。
【0020】
（７）本発明の第四実施形態に係るＣＯ２熱分解方法は、室温の、上記（６）に記載の製造方法によって得られた再生ＣＯ２熱分解触媒に、ＣＯ２を吸収させる工程と、前記ＣＯ２を吸収した前記再生ＣＯ２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ＣＯ２を熱分解する工程と、を備え、前記ＣＯ２を吸収させる際に、前記再生ＣＯ２熱分解触媒の温度を４５０℃未満とし、前記ＣＯ２を熱分解する際に、前記再生ＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする。
（８）上記（７）に記載のＣＯ２熱分解方法は、好ましくは、前記ＣＯ２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ＣＯ２熱分解触媒を水に溶解させることにより、前記再生ＣＯ２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。
（８）上記（７）に記載のＣＯ２熱分解方法は、好ましくは、前記ＣＯ２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ＣＯ２熱分解触媒を水に溶解させることにより、前記再生ＣＯ２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。
【0021】
（９）本発明の第五実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法は、上記（８）に記載のＣＯ２熱分解方法によって得られた、前記再生ＣＯ２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ＣＯ２熱分解触媒を得る工程と、を備える。
【0022】
（１０）本発明の第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒は、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を含み、前記ｎが１．１～１．７の範囲内であり、前記ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２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。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、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ことができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】ＣＯ２熱分解触媒の製造方法、ＣＯ２熱分解方法、及び再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法のフローチャートである。
【図2A】水処理法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の電子顕微鏡写真である。
【図2B】水処理法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の電子顕微鏡写真である。
【図2C】水処理法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の電子顕微鏡写真である。
【図3A】溶融凝固法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の電子顕微鏡写真である。
【図3B】溶融凝固法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の電子顕微鏡写真である。
【図3C】溶融凝固法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の電子顕微鏡写真である。
【図4A】ＣＯ２を吸収させ、当該ＣＯ２を熱分解させた後の、水処理法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の外観写真である。
【図4B】水処理法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２に付着した副生炭素を採取した後の、ＰＴＦＥ製フィルタの外観写真である。
【図5A】ＣＯ２を吸収させ、当該ＣＯ２を熱分解させた後の、溶融凝固法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の外観写真である。
【図5B】溶融凝固法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２に付着した副生炭素を採取した後の、ＰＴＦＥ製フィルタの外観写真である。
【図6】ＣＯ２吸収及び熱分解をしなかった、水処理法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の水溶液を濾過した後の、ＰＴＦＥ製フィルタの外観写真である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
（１．ＣＯ２熱分解触媒の製造方法）
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、図１に示されるように、
（Ｓ１）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、
（Ｓ２）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。以下、第一実施形態に係る製造方法の技術思想について説明する。
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、図１に示されるように、
（Ｓ１）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、
（Ｓ２）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。以下、第一実施形態に係る製造方法の技術思想について説明する。
【0026】
（ＣＯ２熱分解触媒の製造方法の技術思想）
本発明者は、ＣＯ２熱分解触媒の最適な製造方法について鋭意検討を重ねた。その結果、以下の知見を得た。
（Ａ）水処理によって得られ、且つ化学成分がｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２で表される触媒は、従来の溶融凝固法よりもはるかに多孔化されている。
（Ｂ）ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２のｎを１．１～１．７の範囲内にすることにより、触媒の製造段階におけるＣＯ２排出量を低減し、さらに、触媒のＣＯ２分解効率を一層向上させることができる。
本発明者は、ＣＯ２熱分解触媒の最適な製造方法について鋭意検討を重ねた。その結果、以下の知見を得た。
（Ａ）水処理によって得られ、且つ化学成分がｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２で表される触媒は、従来の溶融凝固法よりもはるかに多孔化されている。
（Ｂ）ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２のｎを１．１～１．７の範囲内にすることにより、触媒の製造段階におけるＣＯ２排出量を低減し、さらに、触媒のＣＯ２分解効率を一層向上させることができる。
【0027】
（Ａ 水処理について）
本発明者は、化学式３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２で表される珪酸ナトリウムからなるＣＯ２熱分解触媒を、以下の２種類の方法により作成した。
（溶融凝固法）Ｎａ２ＣＯ３とＳｉＯ２とを混合して、温度１１００℃のＡｒ雰囲気中で溶融凝固させた。これにより得られた試料を粉砕して、触媒を得た。
（水処理法）溶融凝固法によって得られた試料を、さらに水に溶解させた。そして、水溶液の水を蒸発させた。試料を粉砕して、触媒を得た。
以下、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を水に溶解させ、次いで水溶液の水を蒸発させる処理を「水処理」と称する。
本発明者は、化学式３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２で表される珪酸ナトリウムからなるＣＯ２熱分解触媒を、以下の２種類の方法により作成した。
（溶融凝固法）Ｎａ２ＣＯ３とＳｉＯ２とを混合して、温度１１００℃のＡｒ雰囲気中で溶融凝固させた。これにより得られた試料を粉砕して、触媒を得た。
（水処理法）溶融凝固法によって得られた試料を、さらに水に溶解させた。そして、水溶液の水を蒸発させた。試料を粉砕して、触媒を得た。
以下、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を水に溶解させ、次いで水溶液の水を蒸発させる処理を「水処理」と称する。
【0028】
図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃに、水処理法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の電子顕微鏡写真を示す。また、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに、水処理を行わない溶融凝固法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の一例の電子顕微鏡写真を示す。これらの写真を比較すると、水処理によって、極めて微細な孔が触媒に多数形成されていることがわかった。触媒の多孔化の度合いを定量評価することは困難であるが、文献等に基づいて本発明者が推測したところでは、溶融凝固法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の比表面積は０．１～０．９ｍ２／ｇの範囲内にあり、水処理法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の比表面積は５０～５００ｍ２／ｇの範囲内にあると考えられる。
【0029】
さらに本発明者は、これらのＣＯ２熱分解触媒のＣＯ２分解効率を比較した。まず、以下の手順で、ＣＯ２熱分解触媒にＣＯ２を吸収させ、次いで、ＣＯ２を分解した。
【0030】
（ＣＯ２の吸収及び分解のための装置）
ＣＯ２の吸収及びＣＯ２の分解は、同じ触媒分析装置（マイクロトラックベル製、ＢＥＬＣＡＴ－Ａ）を用いて実施した。ここでは、Ｕ字型の石英ガラスセルを使用した。触媒粉末は、石英ガラスセル内に充填した。触媒粉末充填部の形状は、本体の内径１２．５ｍｍ、長さ５０ｍｍであった。充填した触媒粉末の重量は約１ｇであった。触媒粉末は、湿度５％のＡｒ雰囲気に制御されたグローブボックス内で、石英ガラスセル内に充填した。石英ガラスセルの触媒粉末充填部は、ヒーターで加熱することができる。また、石英ガラスセルを装置に設置した後、設定した流量で、各ガスを石英ガラスセル内に流入させることができる。
ＣＯ２の吸収及びＣＯ２の分解は、同じ触媒分析装置（マイクロトラックベル製、ＢＥＬＣＡＴ－Ａ）を用いて実施した。ここでは、Ｕ字型の石英ガラスセルを使用した。触媒粉末は、石英ガラスセル内に充填した。触媒粉末充填部の形状は、本体の内径１２．５ｍｍ、長さ５０ｍｍであった。充填した触媒粉末の重量は約１ｇであった。触媒粉末は、湿度５％のＡｒ雰囲気に制御されたグローブボックス内で、石英ガラスセル内に充填した。石英ガラスセルの触媒粉末充填部は、ヒーターで加熱することができる。また、石英ガラスセルを装置に設置した後、設定した流量で、各ガスを石英ガラスセル内に流入させることができる。
【0031】
（ＣＯ２の吸収）
本装置を使用して、室温にて、反応ガス（ガス成分：５％ＣＯ２－９５％Ｈｅ）を４０ｍｌ／分で触媒粉末充填部に流通し、６０分間保持した。ＣＯ２の吸収後に、ＣＯ２熱分解が充填されたＵ字の石英ガラスセルを装置から取り外した後、その重量を測定した。ＣＯ２吸収前後の重量差を、ＣＯ２熱分解触媒に吸収されたＣＯ２の重量とみなした。
本装置を使用して、室温にて、反応ガス（ガス成分：５％ＣＯ２－９５％Ｈｅ）を４０ｍｌ／分で触媒粉末充填部に流通し、６０分間保持した。ＣＯ２の吸収後に、ＣＯ２熱分解が充填されたＵ字の石英ガラスセルを装置から取り外した後、その重量を測定した。ＣＯ２吸収前後の重量差を、ＣＯ２熱分解触媒に吸収されたＣＯ２の重量とみなした。
【0032】
（ＣＯ２の分解）
上述の手順にてＣＯ２を吸収したＣＯ２熱分解触媒が充填されたＵ字の石英ガラスセルを、再度触媒分析装置に取付け、Ｈｅを４０ｍｌ／分の流量で流し、室温から５５０℃まで１５℃／分で昇温し、５５０℃到達後に６０分間保持した。保持終了後、炉冷した。十分に温度が下がったのを確認し、Ｕ字の石英ガラスセルを装置から取り外した後、充填された触媒粉末を石英ガラスセルから取り出した。
上述の手順にてＣＯ２を吸収したＣＯ２熱分解触媒が充填されたＵ字の石英ガラスセルを、再度触媒分析装置に取付け、Ｈｅを４０ｍｌ／分の流量で流し、室温から５５０℃まで１５℃／分で昇温し、５５０℃到達後に６０分間保持した。保持終了後、炉冷した。十分に温度が下がったのを確認し、Ｕ字の石英ガラスセルを装置から取り外した後、充填された触媒粉末を石英ガラスセルから取り出した。
【0033】
上述の手順を経た触媒は、いずれも黒く変色した。変色は、触媒に吸収されたＣＯ２が炭素に分解され、この炭素が触媒に付着することによって生じたものである。以下、ＣＯ２の分解によって発生した炭素を副生炭素と称する。
【0034】
次に、これらの触媒を純水に溶解させた。これによって得られた水溶液を、ＰＴＦＥ製フィルタを用いて吸引濾過した。これにより、ＰＴＦＥフィルタには副生炭素が付着した。濾過前後のＰＴＦＥ製フィルタの重量変化量を測定することにより、副生炭素の生成量を特定した。さらに、副生炭素の重量に（４４／１２）を乗じた値を、触媒が分解したＣＯ２量（単位：ｇ－ＣＯ２）とみなした。触媒が分解したＣＯ２量を、触媒重量（単位：ｇ－ｃａｔ）及び分解作業の時間（単位：ｈ）で割った値を、ＣＯ２分解効率（単位：ｇ－ＣＯ２／ｇ－ｃａｔ・ｈ）とみなした。結果を表１に示す。
【0035】
【表1】
【0036】
水処理法によって得られた触媒のＣＯ２分解効率は、溶融凝固法によって得られたサンプルの７倍近い値となった。水処理による３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の多孔化は、ＣＯ２分解効率を飛躍的に向上させる効果を有することが、本実験によって確認された。なお、参考のために、水処理法によって製造され、かつＣＯ２を吸収させなかった触媒に対しても濾過処理を行ったところ、ＰＴＦＥフィルタの重量は変化しなかった。従って、ＰＴＦＥ製フィルタには触媒が残らないことも確認された。
【0037】
（Ｂ 触媒組成について）
水処理によって３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２のＣＯ２吸収効率及び分解効率が飛躍的に向上することを、本発明者は見出した。しかしながら、３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２には、製造段階でのＣＯ２排出量が大きいという問題点がある。ＣＯ２排出量が増大する原因の一つは、３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の原材料としてＮａ２ＣＯ３が用いられている点にある。Ｎａ２ＣＯ３とＳｉＯ２との混合物を溶融凝固させる際に、ＣＯ２が排出される。ＣＯ２排出量が増大するもう一つの原因は、原材料を溶融凝固させるために熱エネルギーが投入される点にある。
水処理によって３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２のＣＯ２吸収効率及び分解効率が飛躍的に向上することを、本発明者は見出した。しかしながら、３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２には、製造段階でのＣＯ２排出量が大きいという問題点がある。ＣＯ２排出量が増大する原因の一つは、３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の原材料としてＮａ２ＣＯ３が用いられている点にある。Ｎａ２ＣＯ３とＳｉＯ２との混合物を溶融凝固させる際に、ＣＯ２が排出される。ＣＯ２排出量が増大するもう一つの原因は、原材料を溶融凝固させるために熱エネルギーが投入される点にある。
【0038】
上述の問題点を解消するために、本発明者は一層の検討を重ねた。その結果、触媒組成をｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２（１．１≦ｎ≦１．７）とすることにより、触媒の製造を容易とし、製造段階でのＣＯ２排出量を抑制し、さらにＣＯ２分解効率を一層高められることを本発明者は知見した。
【0039】
ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２（１．１≦ｎ≦１．７）の製造にあたっては、Ｎａ２ＳｉＯ３（メタ珪酸ナトリウム）及びＮａ４ＳｉＯ４（オルト珪酸ナトリウム）を原材料として用いることができる。Ｎａ２ＳｉＯ３は、ｎ＝１のｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２であり、Ｎａ４ＳｉＯ４は、ｎ＝２のｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２である。両者を任意の重量比で混合することにより、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２におけるｎを、１以上２以下の範囲内で自由に調整することができる。これらの珪酸ナトリウムは、Ｃを含まないので、ＣＯ２を排出しない。
【0040】
また、Ｎａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４を触媒の原材料として用いる場合、これらの混合物を溶融凝固させてから水処理をする必要はない。これらの混合物に対して水処理を行うことにより、多孔化されたｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２（１．１≦ｎ≦１．７）が得られるのである。Ｎａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４を触媒の原材料として用いる場合、原材料から触媒を製造する段階での熱エネルギーが不要となる。
【0041】
以上説明されたように、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２（１．１≦ｎ≦１．７）の製造段階でのＣＯ２排出量は、３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２よりもはるかに小さい。加えて、本発明者が調査した結果、ｎが１．１以上１．７の範囲内にあるｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２のＣＯ２分解効率は、表１に示される、水処理法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２よりも優れていた。成分組成がＣＯ２分解効率に及ぼす影響を示す実験結果は、後述される。
【0042】
以上の知見に基づき、本発明者は第一実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒の製造方法を得た。以下に、第一実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒の製造方法の詳細について説明する。
【0043】
（Ｓ１ 溶解）
（Ｓ２ 蒸発）
第一実施形態に係る製造方法では、まず、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て、水溶液を得る。
（Ｓ２ 蒸発）
第一実施形態に係る製造方法では、まず、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て、水溶液を得る。
【0044】
原材料に含まれるナトリウム珪酸化物の好適な一例は、Ｎａ２ＳｉＯ３、及びＮａ４ＳｉＯ４の混合物である。Ｎａ２ＳｉＯ３は、１Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２と表記することができる。Ｎａ４ＳｉＯ４は、２Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２と表記することができる。従って、Ｎａ２ＳｉＯ３、及びＮａ４ＳｉＯ４はいずれも、化学式ｍＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２で表現されるナトリウム珪酸化物の一種である。
【0045】
原材料に含まれるナトリウム珪酸化物の別例は、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２である。この場合、ＣＯ２熱分解触媒の原材料の成分と、ＣＯ２熱分解触媒の成分とは同一である。例えば、後述する再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法は、原材料としてｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を用いるＣＯ２熱分解触媒の製造方法に該当する。
【0046】
また、原材料が、３種類以上のナトリウム珪酸化物を含んでもよい。例えばＮａ２ＳｉＯ３、及びＮａ４ＳｉＯ４と、後述する副生炭素の分離が行われたＣＯ２熱分解触媒との混合物を、原材料としてもよい。
【0047】
加えて、上述した３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２などの、ｍが１．７超のｍＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を、原材料の一部として用いることもできる。ｍが１．７超のｍＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２と、ｍが十分に小さいｍＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２との混合物を含む原材料から、１．１≦ｎ≦１．７であるｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を得ることができる。従って、原材料に含まれるｍＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２において、ｍの値は０超の任意の値とすることができる。
【0048】
次いで、原材料を溶解させた水溶液から水を蒸発させる。先行技術、例えば上述の先行技術文献１～３に記載の技術においては、原材料を加熱して溶融させ、次いで凝固させることにより、触媒を製造している。表１の実験で用いられた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２も、溶融凝固を経て製造される。しかし第一実施形態に係る製造方法では、原材料を溶融させる代わりに、原材料を水に溶解させ、次いで水を蒸発させる処理、即ち水処理を行う。
【0049】
（ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２の組成）
第一実施形態に係る製造方法によって得られる触媒は、ｎが１．１～１．７のｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２である。換言すると、ｎを１．１～１．７の範囲内とするように、１種以上のナトリウム珪酸化物の組成及び混合比が選択される。ｎが１．１未満である場合、ＣＯ２の吸収能が不足する。また、ｎが１．１未満である場合、後述する方法によってＣＯ２を炭素に分解することが困難である。一方、ｎが１．７超である場合も、後述する方法によってＣＯ２を炭素に分解することが困難である。ｎの下限値を１．２、１．３、又は１．４としてもよい。ｎの上限値を１．６、又は１．５としてもよい。
第一実施形態に係る製造方法によって得られる触媒は、ｎが１．１～１．７のｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２である。換言すると、ｎを１．１～１．７の範囲内とするように、１種以上のナトリウム珪酸化物の組成及び混合比が選択される。ｎが１．１未満である場合、ＣＯ２の吸収能が不足する。また、ｎが１．１未満である場合、後述する方法によってＣＯ２を炭素に分解することが困難である。一方、ｎが１．７超である場合も、後述する方法によってＣＯ２を炭素に分解することが困難である。ｎの下限値を１．２、１．３、又は１．４としてもよい。ｎの上限値を１．６、又は１．５としてもよい。
【0050】
原材料に含まれる１種以上のナトリウム珪酸化物の組成及び混合比は、計算により容易に選択することができる。原材料における、１種以上のナトリウム珪酸化物ｍＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２に含まれるＮａ及びＳｉの総モル数をそれぞれ「ＭＮａ」及び「ＭＳｉ」と定義した場合、当該原材料から得られるｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２の「ｎ」は、下記式によって得られる値と実質的に同じ値となるからである。
ｎ＝（ＭＮａ÷２）÷ＭＳｉ
例えば、原材料に含まれるナトリウム珪酸化物がＮａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４の混合物であり、Ｎａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４のモル比Ｍ（＝ＭＮａ２ＳｉＯ３／ＭＮａ４ＳｉＯ４）が０．４３である場合、ｎ＝１．７のｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２が得られる。原材料に含まれるナトリウム珪酸化物がＮａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４の混合物であり、Ｎａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４のモル比Ｍが８．９３である場合、ｎ＝１．１のｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２が得られる。原材料に含まれるナトリウム珪酸化物が３種類以上である場合にも、上記計算式を用いることにより、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２（１．１≦ｎ≦１．７）を得ることができる混合比を容易に選択することができる。原材料が、ｍＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２以外の成分を含む場合であっても、所望のｎを得るための適切な組成及び混合比を適宜選択することができる。
ｎ＝（ＭＮａ÷２）÷ＭＳｉ
例えば、原材料に含まれるナトリウム珪酸化物がＮａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４の混合物であり、Ｎａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４のモル比Ｍ（＝ＭＮａ２ＳｉＯ３／ＭＮａ４ＳｉＯ４）が０．４３である場合、ｎ＝１．７のｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２が得られる。原材料に含まれるナトリウム珪酸化物がＮａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４の混合物であり、Ｎａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４のモル比Ｍが８．９３である場合、ｎ＝１．１のｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２が得られる。原材料に含まれるナトリウム珪酸化物が３種類以上である場合にも、上記計算式を用いることにより、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２（１．１≦ｎ≦１．７）を得ることができる混合比を容易に選択することができる。原材料が、ｍＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２以外の成分を含む場合であっても、所望のｎを得るための適切な組成及び混合比を適宜選択することができる。
【0051】
（その他の構成）
原材料の水処理のために用いられる水は、例えば一般的な工業用精製水とすることができる。水の純度は高いほど好ましいが、水が若干の不純物を含むことは許容される。水と同様にＮａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４の純度も高いほど好ましいが、これらが若干の不純物を含むことは許容される。また、触媒の作用が失われない範囲内で、Ｎａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４以外の物質を水に溶解させてもよい。
原材料の水処理のために用いられる水は、例えば一般的な工業用精製水とすることができる。水の純度は高いほど好ましいが、水が若干の不純物を含むことは許容される。水と同様にＮａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４の純度も高いほど好ましいが、これらが若干の不純物を含むことは許容される。また、触媒の作用が失われない範囲内で、Ｎａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４以外の物質を水に溶解させてもよい。
【0052】
なお、先行技術においては、Ｎａ以外のアルカリ金属から構成されるアルカリ珪酸化物をＣＯ２熱分解触媒として用いる場合がある。例えば先行技術文献１～３においては、アルカリ珪酸化物をリチウム珪酸化物、及びカリウム珪酸化物とする旨が開示されている。しかし本発明者が確認した限りでは、水処理によって得られたリチウム珪酸化物、及びカリウム珪酸化物は、ＣＯ２熱分解触媒としての効果を発揮しなかった。具体的には、水処理によって得られた４．４Ｋ２Ｏ・ＳｉＯ２は、室温においてＣＯ２を吸収する作用を有しておらず、また、ＣＯ２を分解する作用も有していなかった。また、水処理によって得られた３．４Ｌｉ２Ｏ・ＳｉＯ２は、室温においてＣＯ２を吸収する作用を有していたが、ＣＯ２を分解する作用を有していなかった。また、３．４Ｌｉ２Ｏ・ＳｉＯ２は難水溶性であるので、これに後述する再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法を適用することは困難であった。しかしながら、組成を最適化することにより、水処理されたリチウム珪酸化物又はカリウム珪酸化物をＣＯ２熱分解触媒として使用できる可能性はあると推定される。また、複数のアルカリ珪酸化物の混合物、（例えば、ナトリウム珪酸化物とカリウム珪酸化物の混合物や、リチウム珪酸化物とカリウム珪酸化物の混合物）を水処理することでＣＯ２熱分解触媒として使用できる可能性もあると推定される。
【0053】
原材料の水処理の際に、特段の熱処理は不要である。触媒のＣＯ２排出原単位を低減する観点から、水処理は室温で行われることが好ましい。室温とは、外部系から加熱も冷却もしていない状態にある雰囲気の温度のことである。一方、例えば原材料の溶解を促進したり、水を蒸発させるための時間を短縮したりするために、水及び／又は水溶液を加熱してもよい。
【0054】
（２．ＣＯ２熱分解方法）
本発明の第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法は、図１に示されるように、
（Ｓ３）室温の、第一実施形態に係る製造方法によって得られたＣＯ２熱分解触媒に、ＣＯ２を吸収させる工程と、
（Ｓ４）ＣＯ２を吸収させたＣＯ２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、ＣＯ２を熱分解する工程と、
を備え、ＣＯ２を吸収させる際に、ＣＯ２熱分解触媒の温度を４５０℃未満とし、ＣＯ２を熱分解する際に、ＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする。以下、第二実施形態に係る方法について詳細に説明する。
本発明の第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法は、図１に示されるように、
（Ｓ３）室温の、第一実施形態に係る製造方法によって得られたＣＯ２熱分解触媒に、ＣＯ２を吸収させる工程と、
（Ｓ４）ＣＯ２を吸収させたＣＯ２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、ＣＯ２を熱分解する工程と、
を備え、ＣＯ２を吸収させる際に、ＣＯ２熱分解触媒の温度を４５０℃未満とし、ＣＯ２を熱分解する際に、ＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする。以下、第二実施形態に係る方法について詳細に説明する。
【0055】
（Ｓ３ 吸収）
第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法では、まず、ＣＯ２熱分解触媒にＣＯ２を吸収させる。ＣＯ２熱分解触媒は、上述した第一実施形態に係る製造方法によって得られるものとされる。また、ＣＯ２をＣＯ２熱分解触媒に吸収させる際に、ＣＯ２熱分解触媒の温度を４５０℃未満とする。ＣＯ２を吸収する際の使用エネルギーを削減する観点からは、ＣＯ２をＣＯ２熱分解触媒に吸収させる際のＣＯ２熱分解触媒の温度は、低いほど好ましい。当該温度は好適には４００℃以下、２５０℃以下、１５０℃以下、１００℃以下、又は室温である。第一実施形態に係る製造方法によって得られるＣＯ２熱分解触媒は、４５０℃以下の低い温度下においても、活発にＣＯ２を吸収する効果を発揮する。
第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法では、まず、ＣＯ２熱分解触媒にＣＯ２を吸収させる。ＣＯ２熱分解触媒は、上述した第一実施形態に係る製造方法によって得られるものとされる。また、ＣＯ２をＣＯ２熱分解触媒に吸収させる際に、ＣＯ２熱分解触媒の温度を４５０℃未満とする。ＣＯ２を吸収する際の使用エネルギーを削減する観点からは、ＣＯ２をＣＯ２熱分解触媒に吸収させる際のＣＯ２熱分解触媒の温度は、低いほど好ましい。当該温度は好適には４００℃以下、２５０℃以下、１５０℃以下、１００℃以下、又は室温である。第一実施形態に係る製造方法によって得られるＣＯ２熱分解触媒は、４５０℃以下の低い温度下においても、活発にＣＯ２を吸収する効果を発揮する。
【0056】
（Ｓ４ 加熱）
第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法では、次に、ＣＯ２熱分解触媒に吸収させたＣＯ２を熱分解する。ＣＯ２の熱分解は、ＣＯ２を吸収させたＣＯ２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行われる。これにより、ＣＯ２を副生炭素として固定することができる。非酸化性雰囲気とは例えば、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスの雰囲気や窒素雰囲気等である。
第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法では、次に、ＣＯ２熱分解触媒に吸収させたＣＯ２を熱分解する。ＣＯ２の熱分解は、ＣＯ２を吸収させたＣＯ２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行われる。これにより、ＣＯ２を副生炭素として固定することができる。非酸化性雰囲気とは例えば、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスの雰囲気や窒素雰囲気等である。
【0057】
（加熱温度）
ＣＯ２を熱分解する際に、ＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする。加熱温度が４５０℃未満である場合、熱分解反応が生じない。一方、加熱温度が７００℃超である場合、ＣＯ２熱分解触媒の一部または全部が溶融する。例えば先行技術文献１に示されるような、原材料を溶融凝固させることによって製造されるＣＯ２熱分解触媒を用いるＣＯ２熱分解方法では、熱分解を７００℃以上で行うことが通常である。一方、第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法では、ＣＯ２熱分解触媒を溶融させないことが好ましい。ＣＯ２を熱分解する際のＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４８０℃以上、５００℃以上、又は５５０℃以上としてもよい。ＣＯ２を熱分解する際のＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を６８０℃以下、６５０℃以下、又は６００℃以上としてもよい。
ＣＯ２を熱分解する際に、ＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする。加熱温度が４５０℃未満である場合、熱分解反応が生じない。一方、加熱温度が７００℃超である場合、ＣＯ２熱分解触媒の一部または全部が溶融する。例えば先行技術文献１に示されるような、原材料を溶融凝固させることによって製造されるＣＯ２熱分解触媒を用いるＣＯ２熱分解方法では、熱分解を７００℃以上で行うことが通常である。一方、第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法では、ＣＯ２熱分解触媒を溶融させないことが好ましい。ＣＯ２を熱分解する際のＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４８０℃以上、５００℃以上、又は５５０℃以上としてもよい。ＣＯ２を熱分解する際のＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を６８０℃以下、６５０℃以下、又は６００℃以上としてもよい。
【0058】
（Ｓ５ 溶解）
ＣＯ２を熱分解することによって、副生炭素が生じる。副生炭素は、ＣＯ２熱分解触媒に付着する。第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法は、ＣＯ２熱分解触媒から副生炭素を分離する工程をさらに備えてもよい。
ＣＯ２を熱分解することによって、副生炭素が生じる。副生炭素は、ＣＯ２熱分解触媒に付着する。第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法は、ＣＯ２熱分解触媒から副生炭素を分離する工程をさらに備えてもよい。
【0059】
副生炭素の分離は、副生炭素が付着したＣＯ２熱分解触媒を水に溶解させることによって実施可能である。第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法において用いられる触媒は易水溶性である一方で、副生炭素は水に溶解しないからである。これにより、ＣＯ２熱分解触媒が溶解され、且つ副生炭素が混入した水溶液が得られる。この水溶液は、後述する再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法において、触媒の原材料として用いることができる。
【0060】
（その他の構成）
副生炭素をＣＯ２熱分解触媒から分離する際に、ＣＯ２熱分解触媒を溶融させたり、ＣＯ２熱分解触媒を溶解させる水を加熱したりする必要はない。一方、溶解を促進するために水を加熱してもよい。副生炭素を分離するための水は、例えば一般的な工業用精製水とすることができる。水の純度は高いほど好ましいが、水が若干の不純物を含むことは許容される。
副生炭素をＣＯ２熱分解触媒から分離する際に、ＣＯ２熱分解触媒を溶融させたり、ＣＯ２熱分解触媒を溶解させる水を加熱したりする必要はない。一方、溶解を促進するために水を加熱してもよい。副生炭素を分離するための水は、例えば一般的な工業用精製水とすることができる。水の純度は高いほど好ましいが、水が若干の不純物を含むことは許容される。
【0061】
ＣＯ２熱分解触媒を、他の物質に担持させたり、他の物質と混合させたりしてもよい。例えば、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ等のアルカリ元素の酸化物やアルカリ土類元素の酸化物をｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２と共に用いるようにしてもよい。しかしながら、第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法では、ＣＯ２熱分解触媒を他の物質と混合させることなく反応系内に配置することが最も好ましい。これにより、触媒を充填する容器のサイズを小型化することができる。また、第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法では、触媒を他の物質と混合させることなく、高効率でＣＯ２を分解することができる。
【0062】
ＣＯ２の分解を行うための非酸化性雰囲気は特に限定されない。例えば上述された、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスの雰囲気や窒素雰囲気等を、非酸化性雰囲気として採用することができる。使用する非酸化性ガスの純度としては、一般的なガスボンベの純度、例えば、９９．９９％程度で十分である。このような純度があれば、加熱する際に用いる加熱炉などの一般的な加熱装置に収容される反応装置内において、生成した炭素が酸化することを実質的に無視することができる。なお、非酸化性ガスの流量としては特に制限はなく、経済的な観点から少量で構わない。例えば、加熱による反応装置内での圧力の上昇・破損を防ぐ目的から、ガスフロー系にて本発明を実施する場合は、排気管から非酸化性ガスが逆流しない流量であればよく、この流量として、数１０ｍＬ～数１０Ｌ／分程度、好ましくは、１００ｍＬ～２Ｌ／分程度の流量を示すことができる。
【0063】
ＣＯ２の分解の際の昇温速度は特に制限されないが、例えば、一般に使用される通常の加熱炉の昇温速度である１～４０℃／分を選択でき、好ましくは、１０～２０℃／分であるのがよい。また、それぞれの加熱における最高温度到達後の保持時間についても特に制限はない。経済的な観点から短時間の保持時間を選択し、例えば、１～１８０分、好ましくは、１０～６０分程度で十分である。更には、最高温度到達後の冷却速度についても同様に制限されず、最高到達温度での保持時間が終了した後、直ちに加熱を止めて、装置の自然冷却に任せてよく、もし、装置の構造上から冷却速度に制約があれば、それに従ってもよい。
【0064】
（３．再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法）
本発明の第三実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法は、図１に示されるように、
（Ｓ６）第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法及び副生炭素の分離方法によって得られた、ＣＯ２熱分解触媒が溶解され、且つ副生炭素が混入した水溶液から副生炭素を除去する工程と、
（Ｓ７）副生炭素が除去された水溶液から水を蒸発させて、再生ＣＯ２熱分解触媒を得る工程と、
を備える。以下、第二実施形態に係る方法について詳細に説明する。なお、第一実施形態に係る製造方法によって得られるＣＯ２熱分解触媒と区別するために、便宜的に、第三実施形態に係る製造方法によって得られる触媒は再生ＣＯ２熱分解触媒と称される。
本発明の第三実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法は、図１に示されるように、
（Ｓ６）第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法及び副生炭素の分離方法によって得られた、ＣＯ２熱分解触媒が溶解され、且つ副生炭素が混入した水溶液から副生炭素を除去する工程と、
（Ｓ７）副生炭素が除去された水溶液から水を蒸発させて、再生ＣＯ２熱分解触媒を得る工程と、
を備える。以下、第二実施形態に係る方法について詳細に説明する。なお、第一実施形態に係る製造方法によって得られるＣＯ２熱分解触媒と区別するために、便宜的に、第三実施形態に係る製造方法によって得られる触媒は再生ＣＯ２熱分解触媒と称される。
【0065】
（Ｓ６ 炭素除去）
本発明の第三実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法では、まず、ＣＯ２熱分解触媒が溶解され、且つ副生炭素が混入した水溶液から、副生炭素を除去する。この水溶液は、上述した、ＣＯ２熱分解方法の一層好ましい態様によって得られたものとされる。水溶液から副生炭素を除去する方法は特に限定されない。例えばＰＴＦＥ製のフィルタを用いて水溶液をろ過することにより、副生炭素を容易に除去することができる。
本発明の第三実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法では、まず、ＣＯ２熱分解触媒が溶解され、且つ副生炭素が混入した水溶液から、副生炭素を除去する。この水溶液は、上述した、ＣＯ２熱分解方法の一層好ましい態様によって得られたものとされる。水溶液から副生炭素を除去する方法は特に限定されない。例えばＰＴＦＥ製のフィルタを用いて水溶液をろ過することにより、副生炭素を容易に除去することができる。
【0066】
（Ｓ７ 蒸発）
本発明の第三実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法では、次に、副生炭素が除去された水溶液から水を蒸発させる。これにより、再生ＣＯ２熱分解触媒を得ることができる。従って、第一実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒の製造方法において行われた水処理が、第三実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法においても行われる。第三実施形態に係る製造方法によって得られた再生ＣＯ２熱分解触媒は、第一実施形態に係る製造方法によって得られたＣＯ２熱分解触媒と同様に、良好なＣＯ２分解特性を発揮する。
本発明の第三実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法では、次に、副生炭素が除去された水溶液から水を蒸発させる。これにより、再生ＣＯ２熱分解触媒を得ることができる。従って、第一実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒の製造方法において行われた水処理が、第三実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法においても行われる。第三実施形態に係る製造方法によって得られた再生ＣＯ２熱分解触媒は、第一実施形態に係る製造方法によって得られたＣＯ２熱分解触媒と同様に、良好なＣＯ２分解特性を発揮する。
【0067】
（その他の構成）
再生ＣＯ２熱分解触媒の製造の際に、特段の熱処理は不要である。触媒のＣＯ２排出原単位を低減する観点から、水処理は室温で行われることが好ましい。一方、水を蒸発させるための時間を短縮したりするために、水溶液を加熱してもよい。
再生ＣＯ２熱分解触媒の製造の際に、特段の熱処理は不要である。触媒のＣＯ２排出原単位を低減する観点から、水処理は室温で行われることが好ましい。一方、水を蒸発させるための時間を短縮したりするために、水溶液を加熱してもよい。
【0068】
（４．再生ＣＯ２熱分解触媒を用いた、ＣＯ２熱分解方法）
本発明の第四実施形態に係るＣＯ２熱分解方法は、図１に示されるように、室温の、第三位実施形態に係る製造方法によって得られた再生ＣＯ２熱分解触媒に、ＣＯ２を吸収させる工程と、ＣＯ２を吸収した再生ＣＯ２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、ＣＯ２を熱分解する工程と、を備え、ＣＯ２を吸収させる際に、再生ＣＯ２熱分解触媒の温度を４５０℃未満とし、ＣＯ２を熱分解する際に、再生ＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする。本発明の第四実施形態に係るＣＯ２熱分解方法は、ＣＯ２の熱分解によって生成した副生炭素が付着した再生ＣＯ２熱分解触媒を水に溶解させることにより、再生ＣＯ２熱分解触媒から副生炭素を分離する工程をさらに備えてもよい。
本発明の第四実施形態に係るＣＯ２熱分解方法は、図１に示されるように、室温の、第三位実施形態に係る製造方法によって得られた再生ＣＯ２熱分解触媒に、ＣＯ２を吸収させる工程と、ＣＯ２を吸収した再生ＣＯ２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、ＣＯ２を熱分解する工程と、を備え、ＣＯ２を吸収させる際に、再生ＣＯ２熱分解触媒の温度を４５０℃未満とし、ＣＯ２を熱分解する際に、再生ＣＯ２熱分解触媒の加熱温度を４５０～７００℃とする。本発明の第四実施形態に係るＣＯ２熱分解方法は、ＣＯ２の熱分解によって生成した副生炭素が付着した再生ＣＯ２熱分解触媒を水に溶解させることにより、再生ＣＯ２熱分解触媒から副生炭素を分離する工程をさらに備えてもよい。
【0069】
第四実施形態に係るＣＯ２熱分解方法は、再生ＣＯ２熱分解触媒を用いる点においてのみ、第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法とは異なるが、その他の構成は同一である。第三実施形態に係る製造方法によって得られた再生ＣＯ２熱分解触媒は、第一実施形態に係る製造方法によって得られたＣＯ２熱分解触媒と同一の作用効果を有する。そのため、再生ＣＯ２熱分解触媒は、ＣＯ２熱分解触媒と全く同じように利用することができる。
【0070】
（５．再生ＣＯ２熱分解触媒を用いた、再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法）
本発明の第五実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法は、図１に示されるように、第四実施形態に係るＣＯ２熱分解方法及び副生炭素の分離方法によって得られた、再生ＣＯ２熱分解触媒が溶解され、且つ副生炭素が混入した水溶液から副生炭素を除去する工程と、副生炭素が除去された水溶液から水を蒸発させて、再生ＣＯ２熱分解触媒を得る工程と、を備える。
本発明の第五実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法は、図１に示されるように、第四実施形態に係るＣＯ２熱分解方法及び副生炭素の分離方法によって得られた、再生ＣＯ２熱分解触媒が溶解され、且つ副生炭素が混入した水溶液から副生炭素を除去する工程と、副生炭素が除去された水溶液から水を蒸発させて、再生ＣＯ２熱分解触媒を得る工程と、を備える。
【0071】
第五実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法は、出発物質として再生ＣＯ２熱分解触媒を用いる点においてのみ、第三実施形態に係る再生ＣＯ２熱分解触媒の製造方法とは異なるが、その他の構成は同一である。第三実施形態に係る製造方法によって得られた再生ＣＯ２熱分解触媒は、第一実施形態に係る製造方法における原材料と同じく易水溶性である。また、上述した一連の工程において、触媒の組成比は変化しない。そのため、再生ＣＯ２熱分解触媒は、ＣＯ２熱分解触媒の原材料と全く同じように利用することができる。
【0072】
（６．ＣＯ２熱分解触媒）
第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒は、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を含み、ｎが１．１～１．７の範囲内であり、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て得られた水溶液から、水を蒸発させることによって製造される。以下、第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒について詳細に説明する。
第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒は、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を含み、ｎが１．１～１．７の範囲内であり、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て得られた水溶液から、水を蒸発させることによって製造される。以下、第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒について詳細に説明する。
【0073】
第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒は、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２と表現されるＮａケイ酸塩から構成される。ｎは１．１～１．７の範囲内とされる。ｎが１．１未満である場合、ＣＯ２の吸収能が不足する。また、ｎが１．１未満である場合、ＣＯ２を炭素に分解することが困難である。一方、ｎが１．７超である場合も、ＣＯ２を炭素に分解することが困難である。ｎの下限値を１．２、１．３、又は１．４としてもよい。ｎの上限値を１．６、又は１．５としてもよい。ＣＯ２熱分解触媒は、触媒としての作用が失われない範囲内で、不純物を含んでもよいし、また、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２以外の物質が添加されていてもよい。
【0074】
また、第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒に含まれるｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２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て得られた水溶液から、水を蒸発させることによって製造されたものである。水溶液の好適な例は、以下に挙げる水溶液Ａ又はＢである。
・水溶液Ａ：Ｎａ２ＳｉＯ３、及びＮａ４ＳｉＯ４を水に溶解させて得られた水溶液
・水溶液Ｂ：ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を水に溶解させて得られた水溶液
・水溶液Ａ：Ｎａ２ＳｉＯ３、及びＮａ４ＳｉＯ４を水に溶解させて得られた水溶液
・水溶液Ｂ：ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を水に溶解させて得られた水溶液
【0075】
水溶液Ａは、例えば第一実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒の製造方法における原材料の好適例として挙げられた、Ｎａ２ＳｉＯ３（メタ珪酸ナトリウム）、及びＮａ４ＳｉＯ４（オルト珪酸ナトリウム）を水に溶解させたものである。水溶液Ｂは、例えば第二実施形態に係るＣＯ２熱分解方法を実施し、次いで副生炭素を水溶液から除去することによって得られたものである。いずれの水溶液からも、第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒を好適に得ることができる。もっとも、第一実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒の製造方法において説明されたように、ｍが０超の値である任意のｍＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２を、第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒の原材料として用いることができる。
【0076】
なお、第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒に含まれるｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２（１．１≦ｎ≦１．７）は、図２Ａ～図２Ｃに示される３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２と同様に、極めて微細な孔が多数形成された多孔質構造を有する蓋然性が高い。第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒は、図２Ａ～図２Ｃに示される３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２と同様に水処理法によって製造され、しかも、３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２よりも高いＣＯ２分解効率を発揮しているからである。
【0077】
しかしながら、第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒が有する特有の多孔質形状を、物の構造又は特性により直接特定することは不可能、又は非実際的である。図２Ａ～図２Ｃに示されるように、水処理法によって製造されたｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２は入り組んだ構造を有している。また、図２Ａ～図２Ｃに示されるように、水処理法によって製造されたｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２に形成される孔の形状及びサイズは千差万別である。従って、電子顕微鏡による表面観察、及びＸ線回折のような構造解析を行ったとしても、孔の平均円相当径及び個数密度等といった多孔質体の構成を定量的に評価することは、極めて困難である。また、本発明者はｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２の比表面積がＣＯ２吸収能に強い影響を及ぼしていると推定しているが、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２の比表面積を特定することもまた、極めて困難である。第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒に適切な測定及び解析の手段は、現時点において存在しない。仮に、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２の試料を切断し内部を表出させるなどして、当該内部における孔の存在状態を測定し得たとしても、その特定の試料の微視的な状態が判明するだけである。そのような困難な操作と測定を多数回繰り返し、統計的処理を行い、上記した特徴を特定する指標を見いだすには、著しく多くの試行錯誤を重ねることが必要であり、およそ実際的ではない。従って、第六実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒においては、ｎＮａ２Ｏ・ＳｉＯ２の構成が、その製造方法によって特定される。
【0078】
（作用効果）
本実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒の製造方法では、炭酸塩等のＣＯ２を排出するような原材料を用いる必要はなく、また、原材料を溶融させるための熱エネルギーも必要ではないので、触媒製造段階でのＣＯ２排出量が抑制される。加えて、本実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒の製造方法では、水処理法によって、触媒のＣＯ２分解効率が飛躍的に高められる。加えて、本実施形態に係るＣＯ２熱分解方法においては、触媒物質を他の物質、例えば石英ウール等と混合させる必要が無いので、触媒を充填する容器のサイズを大型化する必要が無い。
本実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒の製造方法では、炭酸塩等のＣＯ２を排出するような原材料を用いる必要はなく、また、原材料を溶融させるための熱エネルギーも必要ではないので、触媒製造段階でのＣＯ２排出量が抑制される。加えて、本実施形態に係るＣＯ２熱分解触媒の製造方法では、水処理法によって、触媒のＣＯ２分解効率が飛躍的に高められる。加えて、本実施形態に係るＣＯ２熱分解方法においては、触媒物質を他の物質、例えば石英ウール等と混合させる必要が無いので、触媒を充填する容器のサイズを大型化する必要が無い。
【実施例0079】
実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明する。ただし、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例に過ぎない。本発明は、この一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。
【0080】
Ｎａ２ＳｉＯ３、及び／又はＮａ４ＳｉＯ４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を得る工程とを含む製造方法によって、Ｎａ２ＯとＳｉＯ２との比率を相違させた種々の粉末状のＣＯ２熱分解触媒を製造した。次に、ＣＯ２熱分解触媒にＣＯ２を吸収させ、さらに、当該ＣＯ２を分解した。ＣＯ２の吸収及び分解は、上述した表１の実験と同じ手順で行った。
【0081】
次に、これらの触媒を純水に溶解させた。これによって得られた水溶液を、ＰＴＦＥ製フィルタを用いて吸引濾過した。これにより、ＰＴＦＥフィルタには副生炭素が付着した。濾過前後のＰＴＦＥ製フィルタの重量変化量を測定することにより、副生炭素の生成量を特定した。さらに、副生炭素の重量に（４４／１２）を乗じた値を、触媒が分解したＣＯ２量（単位：ｇ－ＣＯ２）とみなした。触媒が分解したＣＯ２量を、触媒重量（単位：ｇ－ｃａｔ）及び分解作業の時間（単位：ｈ）で割った値を、ＣＯ２分解効率（単位：ｇ－ＣＯ２／ｇ－ｃａｔ・ｈ）とみなした。
【0082】
また、参考のために、ＣＯ２を吸収させる際に触媒を通過したガスの成分を分析した。ガスに含まれるＣＯ２の濃度の経時変化に基づいて、触媒がＣＯ２吸収効果を発揮しているか否かを確認した。加えて、ＣＯ２を吸収させる作業の前後の触媒重量を測定することにより、触媒がＣＯ２吸収効果を発揮しているか否かを確認した。
【0083】
実験結果を表２に示す。
【0084】
【表2】
【0085】
ｎ＝１の触媒（Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２）は、Ｎａ２ＳｉＯ３のみに対して水処理をすることにより得られたものである。ｎ＝１の触媒では、加熱後も黒色化が全く生じなかった。従って、ｎ＝１の触媒は、ＣＯ２を分解する効果を全く発揮しなかったと推定される。以上の理由により、ｎ＝１の触媒に関する副生炭素量の測定は省略した。なお、ガス成分の分析結果によれば、ｎ＝１の触媒は、ＣＯ２を吸収する効果もほとんど発揮しなかった。
【0086】
ｎ＝２の触媒（２Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２）は、Ｎａ４ＳｉＯ４のみに対して水処理をすることにより得られたものである。ｎ＝２の触媒では、加熱後に若干の黒色化が生じた。しかしながら、加熱後のｎ＝２の触媒は凝集固化された状態をなしており、石英管から取り出すことができなかった。加えて、加熱後のｎ＝２の触媒の一部は、石英管と反応していた。以上の理由により、ｎ＝２の触媒に関する副生炭素量の測定は省略した。
【0087】
なお、ガス成分の分析結果等によれば、ｎ＝２の触媒はＣＯ２吸収効果を発揮していた。また、ｎ＝２の触媒の一部では、加熱後に若干の黒色化が生じていた。従って、ｎ＝２の触媒は、ＣＯ２の分解効果も発揮していた。しかしながら、上述の通り著しい凝集固化、及び石英管との反応が生じていたので、ｎ＝２の触媒は、再利用可能なものではなかった。
【0088】
ｎ＝１．７５の触媒（１．７５Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２）は、Ｎａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４のモル比率（Ｎａ２ＳｉＯ３／Ｎａ４ＳｉＯ４）を０．３３とした混合物に対して水処理をすることにより得られたものである。ｎ＝１．７５の触媒は、ガス成分の分析結果等によれば、ＣＯ２吸収効果を発揮していた。しかしながら、ｎ＝１．７５の触媒では、加熱後に黒色化が生じていなかった。従って、ｎ＝１．７５の触媒は、ＣＯ２の分解効果を発揮していなかった。加えて、加熱後のｎ＝１．７５の触媒は凝集固化された状態をなしており、石英管から取り出すことができなかった。以上の理由により、ｎ＝１．７５の触媒に関する副生炭素量の測定は省略した。
【0089】
ｎ＝１．３の触媒（１．３Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２）は、Ｎａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４のモル比率を２．４とした混合物に対して水処理をすることにより得られたものである。ｎ＝１．５の触媒（１．５Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２）は、Ｎａ２ＳｉＯ３及びＮａ４ＳｉＯ４のモル比率を１．０とした混合物に対して水処理をすることにより得られたものである。これらの触媒は、加熱後も粉体形状を維持していた。また、これらの触媒に濾過処理を行ったところ、副生炭素が回収された。従って、これらの触媒は、ＣＯ２の吸収効果及び分解効果を発揮していた。
【0090】
（比較例）
比較例として、特許文献３にある、石英ウールが接触した溶融凝固法により得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２のＣＯ２熱分解結果を示す。
比較例として、特許文献３にある、石英ウールが接触した溶融凝固法により得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２のＣＯ２熱分解結果を示す。
【0091】
溶融凝固法で合成した３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の粉末の０．１ｇを秤量し、石英製の反応皿の内面に塗布した。次いで、３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２を塗布した反応皿に石英ウール２０ｇを装入し、塗布した３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２に石英ウールが接触するようにして反応系内材料とし、反応皿ごと石英管からなる反応容器内に配した。ここで石英ウールとしては市販品（東ソー社製石英ウール、ファイン）を使用し、直径２～６μｍ、長さは数１０ｍｍであるが、反応系内材料として挿入する際に、一部は折れて数～数１０ｍｍ程度の長さとなる。
【0092】
反応系材料が装入された反応容器については、一方の端部にガス供給用のガス導入管が接続され、他方の端部にはガス排出用のガス排出管が接続されている。このうち、ガス導入管の上流側は二股に分かれており、ＣＯ２含有ガスを供給するＣＯ２供給管とヘリウムガスを供給するヘリウム供給管とが、それぞれバルブを介して接続されている。そして、この反応容器は加熱炉に入れられて、反応容器に装入された反応皿内の反応系材料が所定の温度に加熱できるようになっており、ＣＯ２吸収および分解の反応装置を構成している。
【0093】
このような反応装置において、まず、反応系内材料が装入された反応皿を有する反応容器に対して、室温にて、ＣＯ２供給管から１００％濃度のＣＯ２ガスを１０ｍｌ／分の流量で２時間流通させた後、ＣＯ２供給管からのＣＯ２ガスの供給を止めた。次に、反応容器内から反応皿を取り外して秤量したところ、約０．０１１ｇのＣＯ２が反応系内材料に吸収された。
【0094】
次に、この反応皿を素早く反応容器内に装入して、ヘリウム供給管からヘリウムガスを２０ｍｌ／分の流量で流通させながら、反応容器を３５０℃に加熱し、その温度で６０分間保持し、その後、自然冷却した。
【0095】
自然冷却した反応容器から反応系内材料が収容された反応皿を取り出し、反応皿から石英ウールを取り出し、３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の表面が黒色化しているのを確認した。次に、小型のスパチュラで反応皿の内面の３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２表面に析出していた黒色物のかなりの部分、約０．０００６ｇを掻き出した。このようにして回収した黒色物を燃焼赤外線吸収法で炭素分析したところ、９０％以上が炭素であった。
【0096】
ここで、副生炭素の重量に（４４／１２）を乗じた値を、触媒が分解したＣＯ２量（単位：ｇ－ＣＯ２）とみなした。触媒が分解したＣＯ２量を、触媒重量（単位：ｇ－ｃａｔ）及び分解作業の時間で（単位：ｈ）割った値を、ＣＯ２分解効率（単位：ｇ－ＣＯ２／ｇ－ｃａｔ・ｈ）とみなすと、ＣＯ２分解効率は０．０２２０ｇ－ＣＯ２／ｇ－ｃａｔ・ｈと算出された。
【0097】
本発明例の触媒のＣＯ２分解効率は、特許文献３の石英ウールが接触した溶融凝固法により得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２のＣＯ２分解効率よりも高かった。加えて、これらの触媒のＣＯ２分解効率は、表１に示される、水処理法によって得られた３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２の分解効率（０．０２４３ｇ－ＣＯ２／ｇ－ｃａｔ・ｈ）よりも高かった。従って、これらの触媒は、ＣＯ２分解効率及び製造段階でのＣＯ２排出量の両方に関して、３．６Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２よりも優れていた。
【符号の説明】
【0098】
Ｓ１ 溶解
Ｓ２ 蒸発
Ｓ３ 吸収
Ｓ４ 加熱
Ｓ５ 溶解
Ｓ６ 炭素除去
Ｓ７ 蒸発
Ｓ２ 蒸発
Ｓ３ 吸収
Ｓ４ 加熱
Ｓ５ 溶解
Ｓ６ 炭素除去
Ｓ７ 蒸発
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
