近年、地球温暖化の激化に伴い、主な温室効果ガスであるCO2が世界中から注目を集めています. CO2排出による地球規模の気候変動の問題を緩和するために、今年は「炭素ピーク」と「カーボンニュートラル」が正式に提案され、「炭素排出削減」が達成されました.人的要因により、大気中のCO2濃度が大幅に増加しています.その中で、石炭火力発電所のCO2排出量は世界の約1/3を占めています.そのため、石炭火力発電所のテールガスに含まれる大量のCO2を除去するための対策が必要です.

現在、煙道ガスからCO2を除去するための工業的方法には、主に、溶媒吸収、膜分離、圧力スイング吸着、極低温蒸留などの従来の技術が含まれます.

基本的

膜吸収法は、膜分離と通常の吸収を組み合わせた新しいタイプの分離プロセスです.ミクロポーラス膜が主に使用されます.このプロセスでは、気液二相が固定気液界面で接触して物質移動し、それぞれ両側を流れます.膜自体はガスに対する選択性がなく、ガスから吸収剤を分離するのに役立つだけです. CO2は、濃度勾配の作用下で膜を通って液体側に拡散します.理論的には、膜の細孔は、膜の片側で分離されたガス分子が高圧なしで膜の反対側に浸透することを可能にし、混合ガスを分離する目的は主に吸収剤の選択的吸収によって達成されます.

基本原理を下図に示します（疎水性多孔質膜を例にとります）.ガス分離を実現するこの技術の原動力は、相間濃度差です.物質移動プロセスはフィックの法則に基づいており、次の3つのステップに分けることができます.①まず、溶質が混合ガスから膜の細孔の表面に移動します. ②次に、溶質は膜の細孔拡散から気液二相界面に移動します. ③溶質はやがて吸収剤と反応し、液相本体に吸収されます.

二酸化炭素吸収技術用のさまざまな種類の膜

（1）金属有機フレームワーク材料（MOF）にオルガノシランを配合し、高流束・高選択性の複合ガス分離膜シリーズの設計・作製に成功しました.

（2）ミクロポーラスポリマー（PIM-1）と金属有機フレームワーク材料（MOF）ナノ粒子を選択して、高い透過性と高い選択性の両方を備えた混合マトリックス膜（MMM）の形の新しいタイプの二酸化炭素分離膜材料を開発します. .

（3）エレクトロスピニング、細孔形成、加水分解反応、およびグラフト化技術の組み合わせにより、柔軟で強力なポリエチレンイミングラフト化ポリアクリロニトリルナノ多孔質繊維膜（HPPAN-PEI）の調製に成功しました.

影響要因の分析

（1）物質移動中の影響の分析

A.CO2比

二重膜物質移動の理論によれば、CO2の比率が高いほど、気相境界層が厚くなり、膜の細孔内での大量のCO2の拡散が妨げられ、それによって総物質移動係数が低下します.また、CO2の一部が吸収性コンタクターと完全に反応せずに膜を離れると、CO2除去率も低下します.ただし、CO2の体積分率が増加すると、CO2の相間の濃度差が増加し、それによってCO2の拡散と物質移動速度が増加します.

（2）プロセス要因

A.膜構造

中空糸膜の数と直径が固定されている条件下では、繊維膜の長さが長くなると膜の表面積が大きくなり、液相でのCO2の滞留時間が長くなります.完全な吸収反応に.ただし、膜カラムが長すぎると、吸収液が飽和し、気液物質移動の推進力が低下し、物質移動効率が低下します.

B.膜材料

膜の材質は、主に有機高分子膜、無機膜、有機-無機複合膜です.その中で、広く使用されている膜材料は、ポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリスルホン（PS）、ポリエーテルスルホン（PES）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）などです.現在使用されている様々な膜材料はすべて疎水性の膜材料であるため、気相は吸収プロセス中に中空糸膜の細孔を満たし、親水性の膜材料よりも大きな接触面積を持っています.中空糸膜モジュールは、さまざまな膜材料を使用しています.その中でも、ポリプロピレン膜は材料価格が安いため、産業界で広く使用されています. PTFEメンブレンは、優れた機械的特性と自己潤滑性、高温および低温耐性、耐薬品性を示し、他のメンブレン材料よりも優れています.

C.吸収剤

膜吸収に使用される吸収剤は、水、強アルカリ溶液、無機塩溶液から従来のアルコールアミン溶液、そして添加剤またはいくつかの溶液を含む混合吸収剤へと進化しました.次の図は、各吸収剤の長所と短所を示しています.