米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）纳米材料研究部纳米粒子功能设计组、研究员雄大秀人、首席研究员河本彻、首席研究员高桥彰作为蓝色颜料普鲁士蓝,甲醇甲醇在化工厂中广泛用作塑料原料和溶剂。当甲醇释放到大气中时PM25等空气污染，因此通过燃烧进行处理使其无害。甲醇没有作为资源回收的主要原因是，当试图用吸附剂回收甲醇时，与甲醇具有高亲和力的水蒸气也同时被吸附。由于水和甲醇具有相似的化学性质，因此使用传统的吸附浓缩技术不可能仅提取甲醇。因此，我们开发了一种吸附剂，其吸附甲醇的能力比水更强。由于对构成吸附剂普鲁士蓝的金属离子的类型和组成进行了优化设计，以匹配甲醇的分子结构，甲醇的吸附量是活性炭的五倍以上。此外，在甲醇回收过程中同时吸附的水蒸气可以通过70℃的热处理除去，从而使其与吸附更强烈的甲醇分离。通过除去水蒸气并将其加热至 150 °C，我们能够以液体形式回收高浓度 95 wt% 的甲醇。开发的吸附剂重新利用了必须进行无毒处理的甲醇等有机溶剂作为资源资源循环型社会
该技术的详细信息将于 2023 年 2 月 16 日（美国东部时间）在 ACS 上发布应用材料和界面
有机溶剂是油漆和化学工业中必不可少的化学品，但当释放到大气中时挥发性有机化合物 (VOC)），因此其排放浓度受到大气污染防治法的限制。因此，它发生在工厂废气里面的许多有机溶剂如果回收的话可以作为资源使用，但它们主要通过燃烧处理消耗能量而分解成二氧化碳。正如塑料瓶、空罐等固体废物的分离和回收一样，希望分离和回收废气中含有的有机溶剂并对其进行回收。
AIST的目标是实现资源循环型社会，其中废气中的化学物质被回收并作为资源再利用，而不是使用能源的传统燃烧过程。然而，活性炭沸石等吸附剂难以从含有水蒸气的气体中吸附高浓度的甲醇等亲水性有机溶剂，因此难以作为资源回收。
以普鲁士蓝为代表的普鲁士蓝类似物多孔配位聚合物的物质之一。金属离子和氰基（CN）形成类似攀爬架的结构，是一种可以将离子和分子吸附到内部空间的材料。 AIST 使用普鲁士蓝类似物开发了可吸附有用和有害物质的材料，例如氨和放射性铯（请参阅手稿末尾的过去新闻稿）。我们还发现普鲁士蓝类似物不仅在其内部空间吸附水，而且还吸附醇分子，例如甲醇和己醇。
水蒸气不仅存在于空气中，而且在许多情况下也存在于废气中。为了将与水蒸气共存的甲醇作为资源进行再利用，需要回收高浓度的甲醇。通过优化普鲁士蓝的晶体结构，AIST 的目标是开发一种吸附剂，即使在水蒸气存在的情况下也能吸附甲醇，并将其作为高浓度液体回收。
这项研究和开发得到了新能源和产业技术发展组织委托的“能源与环境新技术领先研究计划（2021-2022 财年）”的支持。
通过这项技术，在普鲁士蓝类似物中，锰 (Mn) 和钴 (Co) 与氰基交联。6]2/3（以下简称锰钴普鲁士蓝)可以吸附含有水蒸气的大气中的稀气体甲醇。
首先，我们使用纯甲醇的稀蒸气测量吸附量，以消除其他组分的影响。因此，锰钴普鲁士蓝对甲醇的亲和力很高，活性炭在500ppmv的甲醇蒸气，在25℃下也能吸附约300g/kg。此外，我们还比较了锰钴普鲁士蓝和活性炭对与水蒸气共存的气体的吸附性能（图1（a））。甲醇的吸附量是通过在25℃下使含有15,000ppmv水蒸气和5,000ppmv甲醇的氮气流过填充有各吸附剂的柱并测量柱出口处的甲醇浓度来计算的。虽然由于水蒸气也同时被吸附，甲醇的吸附量减少，但在水蒸气的共存下，吸附了154g/kg的Mn-Co普鲁士蓝（图1（b））。这是同等条件下活性炭吸附量的5倍以上。此外，通过将色谱柱加热至 150 °C，我们能够解吸并回收吸附的甲醇。
图1(a) 25℃下Mn-Co普鲁士蓝和活性炭的甲醇吸附量的浓度依赖性（横轴是将甲醇蒸气压换算成大气压下的浓度得到的值）
(b)水蒸气与Mn-Co普鲁士蓝、沸石、活性炭共存时的甲醇吸附量（甲醇浓度5000ppmv）
*这是对原始论文“使用锰钴普鲁士蓝类似物从潮湿气体中回收纯甲醇”中的数字的引用和修改。
当从含有水蒸气的气体中吸附甲醇时，不仅甲醇而且水蒸气也被吸附。然而，当我们研究其解吸时，我们发现水蒸气和甲醇的解吸温度显着不同。利用这一差异，我们尝试分两个阶段进行解吸：70 °C 和 150 °C。结果，大部分吸附的水蒸气在70℃解吸，而甲醇在随后的150℃解吸中选择性解吸。然后，通过将解吸的气体冷却至室温，可以将其回收为 95wt% 的液体（图 2(a)）。由于回收的甲醇浓度高，不仅可以直接燃烧（图2（b）），还可以用作燃料电池的燃料来发电。
另外，我们从Mn-Co普鲁士蓝的比热和解吸能估算了这个回收浓缩过程的能耗，发现获得95wt%甲醇所需的能量为每1公斤甲醇189 MJ，即每1公斤甲醇需要23 MJ的燃烧能量，而天然气生产甲醇大约需要31 MJ的能量[2]由于可以用低能量回收之前经过燃烧处理的甲醇，因此该结果有望有助于有机溶剂资源的回收利用（图2（c））。
图2（a）回收的甲醇，（b）实际燃烧的照片，（c）回收浓度、燃烧和生产所涉及的能量的比较
*该图引用并修改自原始论文“使用锰钴普鲁士蓝类似物从潮湿气体中回收纯甲醇”。
图3吸附-解吸重复测试
*该图引用并修改自原始论文“使用锰钴普鲁士蓝类似物从潮湿气体中回收纯甲醇”。
此外，我们对锰钴普鲁士蓝进行了10次重复吸附和解吸测试。结果，可回收的甲醇量没有变化，表明它是一种稳定的吸附剂，即使重复使用也不会变质（图3）。
开发的甲醇吸附剂即使在水存在下也能以高浓度吸附并回收甲醇。处理含有甲醇的废气和废水的化工厂、纸浆厂、造纸厂等可以将甲醇作为资源回收。
[1] 陶，W-H；杨，TC-K；张，Y-N；张，L-K；钟，T-WJ。环境。工程 2004、130、1210–1216。
[2] 从天然气中大量生产甲醇所需的能量。范达尔，E S；布阿卢，C，J。干净的。产品 2013, 57, 38–45
通过增加附着和解吸的重复次数，我们将评估锰钴普鲁士蓝的可用次数，旨在进一步纯化甲醇。我们正在寻找合作伙伴公司，希望通过联合研究将这项技术商业化。
为了实现碳中和社会，人们期望使用减少二氧化碳的甲醇。由于甲醇合成过程中会产生水作为副产品，因此我们将考虑使用该技术去除水并仅吸附甲醇以提高其浓度。
已出版的杂志：ACS 应用材料与界面
论文标题：使用锰钴普鲁士蓝类似物从潮湿气体中回收纯甲醇
作者：修道雄太、沼野节子、川本彻、高桥晃
DOI：101021/acsami2c17799