日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
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Zeolite 40(3): 109-116 (2023)
doi:10.20731/zeoraito.40.3.109

解説解説

Flexible MOFが示すゲート吸着挙動を活用したCO2吸着分離プロセスの検討CO2 Adsorption Separation Processes Using Flexible Metal–Organic Frameworks Exhibiting Gate Opening Behavior

京都大学大学院工学研究科化学工学専攻Department of Chemical Engineering, Kyoto University ◇ 〒615–8510 京都府京都市西京区京都大学桂

受理日:2023年4月11日Accepted: April 11, 2023
発行日:2023年7月15日Published: July 15, 2023
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カーボンニュートラルの実現に向けてCO2排出量の削減や再生可能エネルギーの活用が進んでいるが,これらの取り組みだけでは限界があり,CO2回収技術の開発が必須とされている。そのため吸収・膜・吸着の各分野で研究開発が白熱しているが,特に吸着分野においては骨格構造に柔軟性を有する金属有機構造体(Flexible MOF)が注目を集めている。Flexible MOFはある閾値の圧力において構造変形を伴うステップ状の吸着挙動(ゲート吸着)を示す。このステップ状の吸着量増減からは吸着成分の脱着回収が容易であり,かつ,転移の閾圧はガス種に依存することからガス選択性も高い。さらには,構造転移熱によって吸着熱を一部相殺する「自己熱補償能」により,温度非制御下で操作される圧力スイング吸着(PSA)プロセスにおいても,温度上昇による吸着性能低下を最小限に留めることができる。従来材にはないこれらの特性が相乗的に作用することで,既往の吸着分離を凌駕する革新的なプロセスとなることが期待されている。本解説では,Flexible MOFの一種であるELM-11を対象とした筆者らの研究成果に基づき,Flexible MOFを用いたCO2吸着分離プロセスの可能性について紹介する。

To achieve carbon neutrality, progress is being made in reducing CO2 emissions and using renewable energy, but these efforts alone have limitations. Therefore, the development of CO2 capture technology is essential. In this regard, intensive research and development is being carried out in the fields of absorption, membranes and adsorption, with particular attention being paid to flexible metal–organic frameworks (MOFs) that have structural flexibility. Flexible MOFs exhibit a stepwise adsorption behavior (gate opening) with structural deformation at a certain threshold pressure. The stepwise change in adsorbed amount facilitates easy recovery of adsorbents, and the gas-specific transition pressure induces high gas selectivity. In addition, the “intrinsic thermal management capability,” which offsets the heat of adsorption with the heat of structural transition, makes it possible to minimize the degradation of adsorption performance due to temperature rise in pressure swing adsorption (PSA) processes operated under temperature uncontrolled conditions. These unique properties, not found in conventional materials, synergistically contribute to an innovative process that outperforms previous adsorption separations. In this commentary, we introduce the potential of CO2 adsorption separation processes using flexible MOFs based on our research results of ELM-11.

キーワード:金属有機構造体;ゲート吸着;圧力スイング吸着;カーボンニュートラル;自己熱補償能

Key words: metal–organic frameworks; gate opening; pressure swing adsorption; carbon neutrality; intrinsic thermal management

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