‘シンク効率’を指標とした固相吸着剤の硫化水素吸着特性に関する動的評価: リモナイトなどの脱硫特性を例に

摘要

In this paper, a novel method is proposed to evaluate the performance of adsorbent material. "Sink efficiency" is used as a parameter to express the performance of an adsorbent placed in a gas flow channel. The sink efficiency varies from 0 (completely inert to the gas) to 1 (perfect sink). Different from conventional dynamic evaluation, the sink efficiency is a parameter that does not depend on the gas flow rate and can be easily obtained from the relationship between the removal efficiency and the gas flow rate, and from a simulation spreadsheet proposed before. The removal efficiency at various flow rate can be obtained from the sink efficiency, and it is valuable to design the removal column device. This method was applied to the removal of hydrogen sulfide by limonite, active carbon and gas adsorptive wall papers. Hydrogen sulfide was flowed through a channel, in which limonite was placed, and passed hydrogen sulfide was absorbed in an alkaline solution to be measured as un-adsorbed gas by flow injection analysis. Sink efficiencies were obtained from a plot of the removal efficiencies against the gas flow rate and the simulation program. According to the experiments, it was found that the limonite surface did not work as a perfect, sink and the sink efficiency decreased after use for the removal of hydrogen sulfide in a biogas generation plant. The performance of gas adsorbing is also discussed from the view point of micro-scale characteris­tics.%本論文では，吸着剤の素材としての性能を動的に評価する手法を提唱する．特定のガス流路に設置した素材表面のガス吸着特性を表すパラメーターとしてシンク効率を用いた．本パラメーターは0～1の値をとり，流路申分子拡散によって吸着剤表面に到達した気体分子が完全に吸着剤に捕える場合1（完全なシンク），全く吸着しない場合0の値をとる．従来のカラム試験による動的評価と異なり，シンク効率はガス流量に依存しない値であり，また粒径や充填密度，カラム形状に無関係で素材自身の特性を表し，素材表面の吸着能を表すパラメーターである．さらに，本パラメーターを用いて除去率一流量特性の把握が可能であり，吸着筒の設計などに有効に活用することができる．本評価手法を，リモナイト脱硫剤をはじめ活性炭やガスを吸着する建材として期待されている壁材などに適用してその特性評価を実施し検証を行った．底面に吸着剤を設置したチャネルに一定濃度の硫化水素ガスを供給し，出口側の空気をアルカリ溶液に捕集してフローインジェクション分析で定量した．チャネル通過後の濃度を計測後，吸着剤の吸着率を算出し，この吸着率と流量との相関関係からシンク効率を求めた．これらの実験結果では，リモナイトが最も高い吸着性能を示したが，リモナイト表面は硫化水素分子の完全なシンクとして働いていないこと，未使用の場合に比べて脱硫に利用した後のシンク効率が低下していることが認められた．また，リモナイトの表面状態を観察し，ミクロな観点での考察も行った．