Ionic_liquids_in_carbon_capture
炭素回収におけるイオン液体の使用は、炭素回収および隔離に使用するための吸収剤としてのイオン液体の潜在的な用途です。室温近くで液体として存在する塩であるイオン液体は、多くの用途で検討されてきた極性の不揮発性材料です。気候変動の緊急性は、炭素の回収や貯留などのエネルギー関連の用途でのそれらの使用に関する研究に拍車をかけています。
コンテンツ
1 吸収を利用した炭素回収
1.1 溶媒としてのイオン液体 1.2 プロセス
2 欠点
2.1 選択性 2.2 粘度
3 調整可能性
4 提案された産業用アプリケーション
5 参考文献
6 参考文献
吸収を利用した炭素回収
溶媒としてのイオン液体
アミンは、今日の燃焼後炭素回収技術で最も普及している吸収剤です。特に、モノエタノールアミン（MEA）は、燃焼後の炭素回収や、天然ガスの「甘味」などの他のCO2分離において産業規模で使用されてきました。ただし、アミンは腐食性があり、時間の経過とともに劣化し、大規模な産業施設を必要とします。一方、イオン液体は蒸気圧が低くなります。この特性は、それらの強力なクーロン引力に起因します。蒸気圧は、物質の熱分解点（通常> 300°C）まで低いままです。原則として、この低い蒸気圧はそれらの使用を単純化し、それらを「グリーン」な代替品にします。さらに、CO2ガス流の汚染や環境への漏出のリスクを低減します。
イオン液体へのCO2の溶解度は、主に陰イオンによって支配されますが、陽イオンによっては支配されません。ヘキサフルオロホスフェート（PF 6 –）およびテトラフルオロボレート（BF 4 – ）アニオンは、 CO2の捕捉に特に適していることが示されています。
イオン液体は、さまざまな液液抽出プロセスの溶媒と見なされてきましたが、商品化されたことはありません。それに加えて、イオン液体は、ガスの吸収や抽出蒸留などの業界で従来の揮発性溶媒に取って代わりました。さらに、イオン液体は、水性二相系の生成または生体分子の精製のための共溶質として使用されます。
プロセス
典型的な
アミンガス処理プロセスのフロー図。吸収によるCO2捕捉に使用するイオン液体
も、同様のプロセスに従うことができます。
典型的なCO2吸収プロセスは、供給ガス、吸収カラム、ストリッパーカラム、および隔離されるCO 2に富むガスの出力ストリーム、および大気に放出されるCO2に乏しいガスで構成されます。イオン液体は、アミンガス処理と同様のプロセスに従うことができます。このプロセスでは、CO2がより高い温度を使用してストリッパーで再生されます。ただし、イオン液体は、圧力スイングまたは不活性ガスを使用してストリッピングすることもできるため、必要なプロセスエネルギーが削減されます。炭素回収用のイオン液体に関する現在の問題は、アミンよりも作業能力が低いことです。作業能力を高めるために、化学吸着と物理吸着を採用したタスク固有のイオン液体が開発されています。1-ブチル-3-プロピルアミンイミダゾリウムテトラフルオロボレートはTSILの一例です。
欠点
選択性
炭素回収において、効果的な吸収剤は、高い選択性を示すものです。つまり、CO 2は、他のガス状成分と比較して、吸収剤に優先的に溶解します。燃焼後の炭素回収では、最も顕著な分離はN2からのCO2ですが、燃焼前の分離では、COは主にH2から分離されます。炭化水素、SO 2、H 2 Sなど、他の成分や不純物が煙道ガスに存在する可能性が炭素捕捉に使用する適切な溶媒を選択する前に、特定のプロセス条件と煙道ガス組成COで確認することが重要です。2は、煙道ガス中の他の種よりも溶媒への溶解度がはるかに高いため、選択性が高くなります。
イオン液体中のCO2の選択性は、研究者によって広く研究されてきました。一般に、極性分子および電気四重極モーメントを持つ分子は、液体イオン性物質に非常によく溶けます。高いプロセス温度では、CO 2の溶解度が低下し、 CH4やH2などの他の化学種の溶解度は温度の上昇とともに増加し、それによって溶媒の有効性が低下することがわかっています。ただし、イオン液体へのN 2の溶解度は比較的低く、温度の上昇に伴って増加しないため、CO 2 / N 2の選択性が一貫して高いため、燃焼後の炭素回収にイオン液体を使用することが適切な場合が H 2 Sなどの一般的な煙道ガス不純物の存在は、イオン液体へのCO 2の溶解度を大幅に阻害するため、特定の煙道ガスに適切な溶媒を選択する場合は、エンジニアが慎重に検討する必要が
粘度
炭素回収にイオン液体を使用する際の主な懸念事項は、市販の溶媒と比較して粘度が高いことです。化学吸着を使用するイオン液体は、 CO2分離のための溶質と溶媒間の化学反応に依存します。この反応の速度は、溶媒中のCO 2の拡散係数に依存するため、粘度に反比例します。イオン液体中のCO2の自己拡散係数は、一般に10 -10 m 2 / sのオーダーであり、 CO2の捕捉に使用される同様の性能の市販溶媒よりも約1桁小さくなります。イオン液体の粘度は、陰イオンと陽イオンの種類、アルキル鎖の長さ、および溶媒中の水やその他の不純物の量によって大きく異なります。 これらの溶媒は「設計」でき、これらの特性を選択できるため、粘度の低いイオン液体の開発が現在の研究テーマです。サポートされているイオン液体相（SILP）は、この問題に対する1つの提案された解決策です。
調整可能性
1-ブチル-3-プロピルアミンイミダゾリウムテトラフルオロボレートは、CO2分離で使用するためのタスク固有のイオン液体 すべての分離技術に必要なように、イオン液体は混合物の1つまたは複数の相に対して選択性を示します。1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート（BMIM-PF 6）は、液液分離における揮発性有機溶媒の実行可能な代替物として早期に特定された室温イオン液体です。他の -および-含有イオン液体は、CO 2吸収特性、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム（EMIM）、およびトリヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムなどの非従来型カチオンについて研究されています。 （）。イオン液体中のさまざまな陰イオンと陽イオンの組み合わせの選択は、それらの選択性と物理的特性に影響を与えます。さらに、イオン液体中の有機カチオンは、鎖の長さを変更するか、ラジカルを置換することによって「調整」できます。最後に、イオン液体を他のイオン液体、水、またはアミンと混合して、吸収能力と吸収熱の点でさまざまな特性を実現できます。この調整可能性により、イオン液体を「設計溶媒」と呼ぶ人もいます。 1-ブチル-3-プロピルアミンイミダゾリウムテトラフルオロボレートは、CO2回収のために特別に開発されました。化学吸着を利用してCO2を吸収し、吸収/再生サイクルを繰り返しても効率を維持するように設計されています。他のイオン液体は、 CO2吸収剤としての使用の可能性についてシミュレートまたは実験的にテストされています。
提案された産業用アプリケーション
現在、CO 2の回収には、エネルギーと溶媒を大量に消費するアミンベースの吸収技術が主に使用されています。化学プロセスにおける揮発性有機化合物だけでも、数十億ドル規模の産業を表しています。したがって、イオン液体は、他の欠陥に対処した場合に魅力的であることが証明される代替手段を提供します。
捕獲プロセスの間、陰イオンと陽イオンはCO2の溶解に重要な役割を果たします。分光学的結果は、陰イオンとCO 2の間の好ましい相互作用を示唆しており、CO2分子は優先的に陰イオンに付着します。さらに、水素結合、ファンデルワールス結合、静電引力などの分子間力が、イオン液体へのCO2の溶解度に寄与します。これにより、イオン液体はCO 2捕捉の有望な候補になります。これは、CO 2の溶解度を通常の溶解度理論（RST）で正確にモデル化できるため、捕捉プロセスを監視するためのより高度なモデルを開発する際の運用コストが削減されるためです。
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