棲み分け占有型ハイドレートの基礎物性研究および応用研究

分离水合物的基础物性研究及应用研究

• 批准号: 13J01430
• 负责人: 松本 裕樹
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J01430/
• 关键词: ハイドレート; エネルギー貯蔵・輸送; 構造解析; 熱力学的安定性; ケージ占有性; 粉末X線回折測定; 相平衡測定; ラマン分光分析

水素+シクロペンタン(CP)混合ハイドレート系において、CPの量・圧力・温度・加圧時間・冷却時聞を変化させて調製した混合ハイドレートに対して粉末X線回折測定およびラマン分光分析を行い、ハイドレートの結晶構造および各ゲスト分子の成を明らかにした。気体の貯蔵量を増加させるにはCPの量および圧力が重要であることがわかった。水素+テトラヒドロフラン(THF)混合ハイドレート系と同様の傾向が見られたことから、第二成分の水溶性は水素包接量やハイドレートの熱力学的定性にはほとんど影響しないことがわかった。さらなる実験として水素+メタン混合ハイドレート系において同様の実験を行った。本系の場合、それぞれのゲスト分子の大きさに差がないため大小のケージを完全に棲み分けて占有せず、複雑なケージ占有性を呈することが明らかとなった。用いるメタンの量によって結晶構造が変化し、水素貯蔵に有利な結晶構造は限られた組成・圧力条件を満たした場合のみ生することを見出した。加圧時間によって結晶構造が異なることから、混合ハイドレート内での水素の拡散メカニズムを明らかにした。メタン+エタン+1,1-ジメチルシクロヘキサン(DMCH)混合ハイドレート系において同様の実験を行った。本系では上記のようなパラメータの変化による結果の大きな違いは見られなかったことから、DMCHが形成する特殊な結晶構造ではケージ占性の大きな変化は起こらないことが明らかとなった。さらなる実験としてDMCHと同じ結晶構造を形成する1,1,2,2,3,3,4-ヘプタフルオロシクロペンタン(HFCP)を用い、メタン+HFCP混合ハイドレート系の相平衡測定を行い、熱力学的安定性を明らかにした。この特殊な結晶構造は高圧・高温条件では非常に不安定と考えられてきたが、本系では高圧・高温まで優れた安定性を持つことを見出した。

在氢 +环戊烷（CP）混合水合物系统中，粉末X射线衍射测量测量和拉曼光谱分析是通过改变量，压力，温度，压力时间和CP冷却的混合水合物，以及水合物的晶体结构和每个来宾分子的形成。发现CP的量和压力对于增加气体存储很重要。在氢 +四氢呋喃（THF）混合水合物系统中观察到了类似的趋势，发现第二个成分的水溶解度对氢的含量和水合物的热力学质量几乎没有影响。作为进一步的实验，在氢 +甲烷混合水合物系统中进行了类似的实验。在该系统中，每个客体分子的大小没有差异，因此已经揭示了大小笼子的笼子占用率并未完全分离和占据，从而导致笼子占用复杂。发现晶体结构取决于所用甲烷的量变化，并且仅在满足有限的组成和压力条件时才会发生氢存储的晶体结构。晶体结构取决于压力时间，以及在混合水合物中氢扩散的机理。在甲烷+乙烷+1,1-二甲基环己烷（DMCH）的混合水合物系统中进行了类似的实验。由于由于该系统上面提到的参数的变化，因此没有观察到结果的显着差异，因此很明显，在DMCH形成的特殊晶体结构中，笼蒸馏没有发生重大变化。作为进一步的实验，使用1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,4- heptafluorocyclopentane（HFCP）进行了甲烷 + HFCP混合水合物系统的相平衡测量，形成与DMCH相同的晶体结构，以阐明热力学稳定性。在高压和高温条件下，这种特殊的晶体结构被认为非常不稳定，但是在该系统中，我们发现它具有出色的稳定性，直至高压和高温。

项目成果

ハロゲン置換シクロペンタン誘導体をゲスト分子とした混合ハイドレート系の高圧相挙動

使用卤素取代的环戊烷衍生物作为客体分子的混合水合物体系的高压相行为

• 发表时间: 2013
• 作者: 勝田翔斗;松本 裕樹;菅原 武;大垣 一成
• 通讯作者: 大垣 一成

Investigating the Thermodynamic Stabilities of Hydrogen and Methane Binary Gas Hydrates

• DOI: 10.1021/jp411140z
• 发表时间: 2014-02
• 期刊: Journal of Physical Chemistry C
• 影响因子: 3.7
• 作者: Yuuki Matsumoto;R. Grim;Naveed Khan;T. Sugahara;K. Ohgaki;E. D. Sloan;C. Koh;A. Sum

水素+メタン混合ハイドレートにおけるゲスト分子の競争的ケージ占有性

氢+甲烷混合水合物中客体分子的竞争笼占据

• 发表时间: 2013
• 作者: 松本 裕樹、R. Gary Grim、菅原 武、大垣 一成、E;Dendy Sloan、Carolyn A. Koh、Atnadeu K;Sum
• 通讯作者: Sum

旧大垣研究ホームページ

旧大垣研究所主页

Increasing the Energy Storage Capacity of Clathrate Hydrates with Hydrogen and Methane

提高氢和甲烷笼形水合物的储能能力

• 发表时间: 2013
• 作者: Yuuki Matsumoto;R. Gary Grim;Takeshi Sugahara;Kazunari Ohgaki;E. Dandy Sloan;Carolyn A. Koh;Amadeu K. Sum
• 通讯作者: Amadeu K. Sum