高効率水素製造を可能とするガス分離セラミックス多孔体に関する研究

可高效制氢的气体分离陶瓷多孔体的研究

基本信息

批准号：
21K05265
负责人：
高橋誠治
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Japan Fine Ceramics Center
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05265/
关键词：
水素製造ガス分離多孔体アルミナ水素分離噴霧熱分解

项目摘要

水素製造の主流は、ナフサなどの水蒸気改質反応により合成され、圧力スウィング法や低温蒸留法により水素が分離され、商用されている。より効率的に水素を分離するために、ポリマー膜、パラジウム膜、非晶質シリカ膜などが検討されているが、さらに効率的かつ低コストの方法が望まれている。多孔体の孔径を数十nmに制御することで、水素と二酸化炭素を分離する研究がなされており、この方法であればその目標を達成できる可能性がある。申請者らは、多孔質球状粒子を原料として用い多孔体を合成することで、均一分布したサブミクロンの孔径の多孔体の合成に成功している。これら技術を融合させることで、量産可能な高効率水素分離多孔体の製造が可能と考えられ、これを目的として研究を行った。多孔体の成分として、構造セラミックスとして実績のあるアルミナを用いた。アルミナ多孔質球状粒子は噴霧熱分解法で合成した。原料として、硝酸アルミニウム９水和物、クエン酸、アンモニア水をもちいて、溶液を超音波振動子によってミスト化する。ミストを一定流量の空気で、高温に保持した電気炉に導入し、出口側に用意した捕集器で粒子を回収する。粒子を仮焼後、成形し、1100℃2時間焼成することで、α-アルミナ多孔体を得た。アルキメデス法により開気孔率約60%, 吸着等温線から孔径ピーク100nm程度の多孔体であることがわかった。現在、さらに孔径ピークを数10nmとするための粒子の処理方法を検討するとともに、ガス透過特性の評価の準備を行っている。

制氢主流是通过石脑油等的水蒸气重整反应合成，采用变压法或低温蒸馏法分离氢气，并已实现商业化。为了更有效地分离氢气，正在考虑聚合物膜、钯膜、无定形二氧化硅膜等，但需要更有效和更低成本的方法。人们已经进行了研究，通过将多孔材料的孔径控制在几十纳米来分离氢气和二氧化碳，这种方法或许能够实现这一目标。本申请人通过使用多孔球形颗粒作为原料合成多孔体，成功地合成了具有均匀分布的亚微米孔径的多孔体。通过结合这些技术，人们认为可以制造出可以批量生产的高效氢分离多孔材料，我们以此为目的进行了研究。氧化铝作为结构陶瓷具有良好的记录，被用作多孔体的成分。采用喷雾热解法合成了多孔球形氧化铝颗粒。以九水硝酸铝、柠檬酸、氨水为原料，使用超声波振动器将溶液雾化。雾气被引入使用恒定空气流保持在高温的电炉中，并且颗粒被设置在出口处的收集器收集。煅烧颗粒后，将它们成型并在1100℃下烧制2小时以获得α-氧化铝多孔体。使用阿基米德法发现其是开孔率约为60%的多孔材料，并且基于吸附等温线的孔径峰值约为100nm。目前，我们正在研究一种颗粒处理方法，以进一步将峰值孔径减小到几十纳米，并准备评估气体渗透特性。