Development of waste slag conversion process based on chemical methodology and its applications in CO2 capture and utilization

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本研究では、鉄鋼プロセスで大量に副生する鉄鋼スラグを原料としてCO2吸着能を有する酸化物ナノ多孔体を製造するための化学変換プロセスを開発した。ギ酸や酢酸などの有機酸を用いて高炉スラグを溶解し、逐次的な析出プロセスを経ることで、ほぼ100%のリサイクル効率で酸化カルシウム(CaO)-メソポーラスシリカ複合体へと変換することに成功した。合成した酸化物ナノ多孔体は、含まれるCaOの化学的特性に基づいて、吸着温度700℃において二酸化炭素(CO2)を繰り返し吸脱着可能であることを見出した。また、Fe含有量が多く、利用用途の限定的な転炉スラグや脱リンスラグに対しても本変換プロセスを適用し、高いリサイクル効率でCaO-FeOx-SiO2複合体へと変換できること、およびこれらが優れたCO2吸着特性を有することを確認した。酸化物ナノ多孔体形成過程や、用いる溶解酸の種類が複合体の構造・CO2吸着性能に与える影響についても、詳細な構造分析により明らかにした。さらに、スラグから合成したCaO-メソポーラスシリカ複合体にNi触媒を担持して、メタンのドライリフォーミング反応に応用したところ、他の酸化物担持Ni触媒に比べ優れた触媒活性および安定性を示し、スラグから合成した酸化物ナノ多孔体が有用な触媒担体として利用できることを示した。開発した化学変換プロセスは現在鉄鋼産業が直面している『廃スラグの有効利用』と『CO2排出量の削減』という 2つの重要な問題に貢献する技術として更なる展開が期待できる。