マイクロ波プラズマによる循環利用型水素キャリア合成と高効率化に関する研究

微波等离子体可回收氢载体合成及高效研究

基本信息

批准号：
22K03585
负责人：
荻野明久
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

再利用可能な粉体水素キャリアとして期待される水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)は、水との反応で多量の水素を生成できる。この水素発生反応後の副生成物であるメタホウ酸ナトリウム(NaBO2)からNaBH4を再生する循環利用プロセスの実現において、水素化マグネシウム(MgH2)が重要な役割を担う。本研究では、プラズマプロセスを用いてMgH2の生成効率の向上と生成コストの軽減を目的とし、(1)プラズマ生成用水素ガスの消費量を従来の1/20以下に低減し、(2)海水から塩を取り除いた苦汁を原料として安価に採取できる水酸化マグネシウムまたは酸化マグネシウム(MgO)粉末を原料とするプラズマプロセスについて検討した。実験では、海水を主原料として得られたMgO粉末をマイクロ波励起水素プラズマを用いて水素化し、ラマン分光法およびX線光電子分光法によりプラズマ処理した試料の構造変化を評価した。水素プラズマによるMgOの水素化では、プラズマ中の水素イオンおよびラジカルが水素化に寄与する。一方で、プラズマエッチングにより、生成したMgH2から水素が脱離する。また、過剰なプラズマ照射は試料温度の上昇を招き、MgH2から水素脱離が加速するため、プラズマ処理条件を最適化する必要がある。水素プラズマ処理による試料温度およびイオン照射量に伴うMgOの還元および水素化をラマン分光法により解析した結果、MgOからMgH2生成の中間体と思われるMgHx、および欠陥構造のMgH2と思われるMgHxがイオン照射量に応じて変化することがわかった。また、MgH2は試料温度が150～200 ℃の範囲で生成され、イオン照射量の増加に伴いMgH2核の面積が増加傾向であることが明らかとなった。

硼氢化钠（NaBH4）有望成为可重复使用的粉状氢载体，可以通过与水反应产生大量氢气。氢化镁 (MgH2) 在实现从偏硼酸钠 (NaBO2) 再生 NaBH4 的回收过程中发挥着重要作用，而偏硼酸钠 (NaBO2) 是该制氢反应的副产品。在本研究中，我们的目标是使用等离子体工艺提高生产效率并降低 MgH2 的生产成本（1）将用于等离子体生成的氢气消耗量减少到常规用量的 1/20 以内，以及（2）。我们研究了使用氢氧化镁或氧化镁 (MgO) 粉末的等离子体工艺，这些粉末可以从已去除盐分的卤水中以低成本获得。实验中，利用微波激发氢等离子体对以海水为主要原料获得的MgO粉末进行氢化，并利用拉曼光谱和X射线光电子能谱评估等离子体处理后样品的结构变化。在使用氢等离子体的MgO氢化中，等离子体中的氢离子和自由基有助于氢化。另一方面，通过等离子蚀刻，氢从生成的MgH 2 中脱附。此外，过度的等离子体照射会导致样品温度升高，加速MgH2中氢的解吸，因此有必要优化等离子体处理条件。通过拉曼光谱分析了 MgO 的还原和氢化情况，结果表明，MgHx 被认为是由 MgO 生成 MgH2 的中间体，而 MgHx 与样品温度和氢等离子体处理的离子照射量有关。 MgHx被认为是具有缺陷结构的MgH2，并且发现其根据照射剂量而变化。还发现，在150至200℃范围内的样品温度下生成了MgH2，并且随着离子照射剂量的增加，MgH2核的面积趋于增加。