CO2を資源およびツールとして有効利用するプロセスの構築
CO2を資源およびツールとして有効利用するプロセスの構築
大気中あるいは排ガス中に含まれるCO2は、多くの場合、有毒な物質として見なされています。ところが実際は、CO2は無毒・不活性な溶媒であるとともに、有望な炭素源です。私たちの研究室では、CO2を資源としてとらえて高効率な資源化技術の確立を目指したり、あるいはCO2をツールとしてとらえて汚染物質洗浄などに活用したりしています。また、これらに関連する基礎物性も測定・評価しています。
大気中あるいは排ガス中に含まれるCO2は、多くの場合、有毒な物質として見なされています。ところが実際は、CO2は無毒・不活性な溶媒であるとともに、有望な炭素源です。私たちの研究室では、CO2を資源としてとらえて高効率な資源化技術の確立を目指したり、あるいはCO2をツールとしてとらえて汚染物質洗浄などに活用したりしています。また、これらに関連する基礎物性も測定・評価しています。
1．CO2を反応・抽出に利用するプロセス
CO2を用いた反応で注目を集めているのが、CO2固定化反応です。これは、例えば大気中や排ガス中に含まれるCO2を回収したうえで、有用な化合物に変換することのできる技術です。本研究室では、特に反応場かつ触媒としてイオン液体を用いたCO2固定化反応に注目しており、連続かつ高効率なカーボネート合成を目指しています。
一方、CO2は抽出のための溶媒（抽剤）としても使用できます。汚染された物質に溶解させ、目的とする成分のみを抽出し洗浄するといったことが可能です。本研究ではこれを反応と同時に行う反応・抽出プロセスにも適用し、たとえば水中にてFructoseから合成した5-hydroxymethyl furfural(5-HMF)を連続的にCO2相へ抽出し、これにより反応効率を向上させる技術を確立しています。
1．CO2を反応・抽出に利用するプロセス
CO2を用いた反応で注目を集めているのが、CO2固定化反応です。これは、例えば大気中や排ガス中に含まれるCO2を回収したうえで、有用な化合物に変換することのできる技術です。本研究室では、特に反応場かつ触媒としてイオン液体を用いたCO2固定化反応に注目しており、連続かつ高効率なカーボネート合成を目指しています。
一方、CO2は抽出のための溶媒（抽剤）としても使用できます。汚染された物質に溶解させ、目的とする成分のみを抽出し洗浄するといったことが可能です。本研究ではこれを反応と同時に行う反応・抽出プロセスにも適用し、たとえば水中にてFructoseから合成した5-hydroxymethyl furfural(5-HMF)を連続的にCO2相へ抽出し、これにより反応効率を向上させる技術を確立しています。
[1] Yuya Hiraga, Kosuke Ebina, Yu Su, Masaru Watanabe, Vincent Oriez, Séverine Camy, Synthesis/separation of 5-hydroxymethylfurfural converted from fructose promoted by H2O–CO2 biphasic system with solid catalysts: Experimental and kinetic modeling approaches, Chemical Engineering Journal, 485, 149606 (2024).
[1] Yuya Hiraga, Kosuke Ebina, Yu Su, Masaru Watanabe, Vincent Oriez, Séverine Camy, Synthesis/separation of 5-hydroxymethylfurfural converted from fructose promoted by H2O–CO2 biphasic system with solid catalysts: Experimental and kinetic modeling approaches, Chemical Engineering Journal, 485, 149606 (2024).
2．CO2利用プロセス構築に向けた基礎物性の測定・評価
イオン液体は、イオン（カチオン・アニオン）から構成される、常温・常圧で液体状態を取る塩です。難燃性、不揮発性、高い熱的・化学的安定性を示すなど、従来の有機溶媒などにはない多くの特徴があります。特に、CO2を多く溶解させられることから、本研究室ではイオン液体中にCO2を溶解させて反応・抽出するプロセスを検討しています。
イオン液体は、構成するイオンの種類によって大きく物性（密度、粘度、CO2溶解度など）が変化します。一方で、そのイオン液体種と物性変化の関係についてはまだまだわからないことが多いのが現状です。本研究室では、イオン液体中に溶解したCO2の状態を観察したり、CO2を溶解した状態の溶液の粘度を測定したりすることで、プロセスに最適なイオン液体種の探索に繋げています。
2．CO2利用プロセス構築に向けた基礎物性の測定・評価
イオン液体は、イオン（カチオン・アニオン）から構成される、常温・常圧で液体状態を取る塩です。難燃性、不揮発性、高い熱的・化学的安定性を示すなど、従来の有機溶媒などにはない多くの特徴があります。特に、CO2を多く溶解させられることから、本研究室ではイオン液体中にCO2を溶解させて反応・抽出するプロセスを検討しています。
イオン液体は、構成するイオンの種類によって大きく物性（密度、粘度、CO2溶解度など）が変化します。一方で、そのイオン液体種と物性変化の関係についてはまだまだわからないことが多いのが現状です。本研究室では、イオン液体中に溶解したCO2の状態を観察したり、CO2を溶解した状態の溶液の粘度を測定したりすることで、プロセスに最適なイオン液体種の探索に繋げています。
[1] Yuya Hiraga, Yuta Takikawa, Moe Tatsushima, Masaru Watanabe, Quantitative analysis of physical absorption behavior of CO2 in imidazolium-based ionic liquids containing bis(trifluoromethylsulfonyl)imide and tetrafluoroborate anion by Raman spectroscopy, Chemical Engineering Science, 307, 121352 (2025).
[2] Ryohei Otani, Yuya Hiraga, Masaru Watanabe, Viscosity prediction of CO2-saturated imidazolium-based ionic liquids using the ε*-modified Sanchez–Lacombe equation of state and free volume theory with a new correction term, Physical Chemistry Chemical Physics, 27, 12532-12541 (2025).