研究紹介

概　要

　地球温暖化対策として，二酸化炭素（CO2）の分離・回収技術の向上と，回収したCO2の利活用は，化学分野において解決すべき重要な課題です。当研究室では，（１）低圧・低濃度のCO2ガスを効率よく吸収し，再び放出（脱離）できる環境に優しい新しい吸収液の開発と，核磁気共鳴（NMR）法を用いた反応メカニズムの解明に取り組んでいます。 また同時に，（２）CO2を原料として作られる有用な化合物（尿素やカルボン酸など）を活かした新しいグリーン溶媒の開発も進めており，これらの液体がどのように形成されるのか，構成化学種の違いがもたらす影響（静的構造）を物理化学的な視点から解き明かすことを目指しています。

１．新規なCO2化学吸収液の開発と反応機構の解明

　CO2吸収液として広く使われているアミン水溶液には，揮発しやすく，装置を腐食させやすいという課題があります。そこで私たちはこれまで，揮発性が極めて低いイオン液体（ILs）や，環境負荷の低いアミノ酸水溶液（下図）などを対象に，より安全なCO2吸収液の研究に取り組んできました。現在は，これまでの知見を最大限に活かし，次世代のグリーン溶媒として注目を集める深共晶溶媒（DESs）を用いた新規吸収液の開発を中心に進めています。DESsは，水素結合供与体と受容体を混合することで得られる液体であり，イオン液体に似た優れた低揮発性を示します。 独自に設計したDESsがどのようにCO2ガスを化学的に吸収するのか，高分解能NMRを用いた化学シフトの解析などを通じて，その複雑な反応機構（メカニズム）を分子レベルで詳細に解き明かしています。また，吸収したCO2を熱エネルギーをかけずに放出させる非加熱脱離技術の探索にも挑戦しており，次世代の省エネ型分離プロセスの実現を目指しています。
キーワード：二酸化炭素，核磁気共鳴法，深共晶溶媒，イオン液体，アミノ酸

２．有価物を用いた新規な液体溶媒の開発と生成機構の解明
　尿素やカルボン酸などは，CO2を原料とした化学反応によって得られる有用な物質（有価物）です。回収したCO2を固定化・利活用するため，私たちはこれらの有価物を使い，従来の有機溶媒の代わりとなる揮発しにくい安全な液体溶媒を作り出すことが重要だと考えています。本テーマでは現在，尿素やカルボン酸を構成成分とする深共晶溶媒（DESs）の開発をメインに進めています。構成する化学種を系統的に変えながら新規DESsの調製を行い（下図），高分解能NMR法などを用いて，液体形成における官能基やイオンの効果，そして液体のミクロな静的構造を詳細に解き明かしています。
キーワード：深共晶溶媒，尿素，カルボン酸，アミノ酸，核磁気共鳴法