Electrochemical oxidation for hydrogen production and energy recovery from plastics

电化学氧化用于塑料制氢和能量回收

• 批准号: 22K12474
• 负责人: 長尾 征洋
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Nagoya 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12474/
• 关键词: 電気化学的酸化; 廃プラスチック; 水素生成; エネルギー回収

プラスチックなどの含水素化合物は焼却処理では熱エネルギーに変換されるだけであるが、電気分解を行えば含まれる水素を取り出せる可能性がある。そこで本研究課題ではプラスチックの直接電解により、低環境負荷かつ低コストな水素生成や燃料電池反応に用いることを目的とし、電極反応や電気化学的酸化反応の解明を目指すものである。今年度は、プラスチック燃料の供給方法の検討を行った。PET、ポリウレタン、ナイロン、ビニロン、セロハン等、身近にあるプラスチックに着目し、これらを燃料流動式の電気化学セルに供給するために溶媒への溶解度を調べた。特にポリウレタンの溶解度が最も高く、室温のリン酸水溶液に溶解した。PETは溶解度が低いため、流動式に適用するには困難であることが示唆された。さらに、中性・アルカリ性の溶媒の検討も行ったが、十分な溶解度が得られないこと、二酸化炭素により塩基性が変化すること、有機溶媒は高温で揮発することなどから、本研究課題で用いるには適当でないとの判断に至った。一方で、その他のプラスチック類も溶解温度を上げることにより、全量もしくは一部が高温リン酸に溶解したことから、電気化学セルへの供給が可能であることが分かった。溶媒に難溶のプラスチック類は、バッチ法やペレット供給法などを採用することにより、固体状態でも供給可能なセル設計を行う必要があることが分かった。この場合、電解反応・燃料電池反応を高温で行うことも検討できることから、電極反応の促進、燃料利用率の向上、材料選択可能性の拡大につながる。

在焚化过程中，简单地将含氢的化合物（例如塑料）转化为热能，但是通过电解，可以提取其中含有的氢。因此，该研究主题旨在通过直接电解塑料用于低环境影响和低成本氢的产生和燃料电池反应，旨在澄清电极反应和电化学氧化反应。今年，我们讨论了如何提供塑料燃料。着眼于熟悉的塑料，例如PET，聚氨酯，尼龙，乙烯，玻璃剂等，我们研究了溶剂中的溶解度，以将其提供给燃料流电化学细胞。特别是，聚氨酯具有最高的溶解度，并在室温下溶解在磷酸水溶液中。由于其溶解度较低，建议PET很难应用于流动的方法。此外，尽管还研究了中性和碱性溶剂，但我们认为它们不适合在此研究主题中使用，因为它们无法获得足够的溶解度，由于二氧化碳碳的碱性变化，并且在高温下有机溶剂挥发物会挥发。另一方面，发现其他塑料可以提供给电化学细胞，因为塑料的全部或部分塑料通过增加溶解温度而溶解在高温磷酸中。已经发现，溶解在溶剂中的塑料也需要设计为即使在固体状态下通过批处理方法和颗粒供应方法在固态中供应它们。在这种情况下，还可以考虑在高温下进行电解和燃料电池反应，从而导致促进电极反应，提高燃料利用率以及增加材料选择。