相変化を伴うサイクル反応に用いる反応材料の設計

涉及相变的循环反应中使用的反应材料的设计

基本信息

批准号：
13750691
负责人：
桜井誠
金额：
$ 0.51万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750691/
关键词：
熱化学分解法サイクル反応相変化水素製造構想解析構造解析

项目摘要

熱化学水素製造UT-3サイクルの構成反応である、鉄系固体反応物の反応について、臭素化および加水分解反応それぞれの反応性の向上を目指して、これまでの粉末混合法に代わって、液相アルコキシド法の導入により調製法の改良を行った。その結果、反応成分の分散化を達成し、さらに、反応成分と構造維持体成分との構成比の検討、細孔構造の制御を行うことにより、反応性に優れた固体反応物を開発した。この固体反応物を用いて、サイクルの繰り返し反応試験を行い、SEMにより固体の観察をし、反応に伴う固体構造の変化を画像取得装置で取り込み解析するとともに、細孔構造の変化を水銀圧入式ポロシメータを用いて解析した。これらの結果をもとに、繰り返し反応に対して高い耐久性を持つ、固体の最適な構造を明らかにし、実際にその方法により調製した固体反応物を用いて、10サイクルにわたる繰り返し反応において、反応性が維持されることを明らかにした。また、この改良された固体反応物を用いて、反応中の反応成分の相変化について熱分析装置により定量的に評価し、さらに、加圧条件下における反応試験も行い、圧力と反応成分の相変化との関連性についても検討した。そして、相変化による反応成分の消失をできるだけ少なくするような操作条件を見出した。続いて常圧下および加圧下における反応解析を行い、プロセスのシミュレーションに必要となる反応速度式の導出も行った。特に臭素化反応については、逆反応の加水分解反応の進行をも考慮した、より実験結果を厳密に表現する速度式を提案した。工業化を考えての反応固体の形状、成型法についても検討を加え、球状固体と板状固体について反応性の比較を行い、固体構造との関係を明らかにした。

对于热化学制氢UT-3循环的组成反应——铁基固体反应物的反应，采用液体混合法代替传统的粉末混合法，旨在提高铁基固体反应物的反应活性。引入相醇盐法改进了制备方法。结果，通过实现反应组分的分散、检查反应组分和结构载体组分的组成比以及控制孔结构，开发了具有优异反应性的固体反应物。使用这种固体反应物，进行重复循环的反应测试，使用SEM观察固体，使用图像采集装置捕捉和分析伴随反应的固体结构的变化，并使用压汞法测量孔结构的变化。使用孔隙率计对其进行分析。基于这些结果，我们阐明了对重复反应具有高耐久性的固体的最佳结构，并且实际使用通过该方法制备的固体反应物进行超过10个循环的重复反应，结果表明性得以维持。此外，使用这种改进的固体反应物，我们使用热分析仪定量评估了反应过程中反应组分的相变，并在加压条件下进行了反应测试，并研究了其与变化的关系。然后，他们找到了最大限度减少因相变导致的反应组分损失的操作条件。接下来，我们进行了常压和高压下的反应分析，并导出了过程模拟所需的反应速率方程。特别是，对于溴化反应，考虑到逆水解反应的进展，我们提出了一个更准确地表达实验结果的速率方程。我们还研究了工业化反应固体的形状和成型方法，比较了球形固体和板状固体的反应活性，并阐明了与固体结构的关系。