JP2005350293A - Hydrogen forming unit and hydrogen generating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等の移動体に搭載される燃料電池に供給する燃料ガスである水素ガスを生成する技術であり、例えば、メタノール、エタノール、ガソリン等の燃料を改質する燃料改質装置の後流側に設置される水素生成ユニット及び水素発生装置に関する。 The present invention is a technology for generating hydrogen gas, which is a fuel gas supplied to a fuel cell mounted on a moving body such as an automobile, and is, for example, a fuel reformer for reforming fuel such as methanol, ethanol, gasoline, etc. The present invention relates to a hydrogen generation unit and a hydrogen generator installed on the downstream side.
近年、水素は石油精製の原料や燃料電池の燃料として多量に使用されている。特に、燃料電池は、水素と酸素を燃料として使用し、発電に際して排ガスが生じないクリーンな発電方法であるため、環境保護の観点から注目されており、水素の製造技術が各種研究開発されている。 In recent years, hydrogen has been used in large quantities as a raw material for petroleum refining and fuel for fuel cells. In particular, fuel cells use hydrogen and oxygen as fuel and are clean power generation methods that do not generate exhaust gas during power generation. Therefore, they are attracting attention from the viewpoint of environmental protection, and various hydrogen production technologies have been researched and developed. .
例えば、所定の水溶液を含む溶液中に、互いに電気的に接続されたカソード及びアノードを入れて溶液中に浸し、アノードとして、p型半導体及びn型半導体のpn接合を有する太陽電池のp型半導体層の表面に光照射により電子および正孔対を励起する光触媒層を形成した水素生成装置が開示されている(特許文献1参照)。本水素生成装置によれば、アノードに光エネルギを照射することにより、カソード表面から水素ガスを発生することができる。 For example, a cathode and an anode which are electrically connected to each other in a solution containing a predetermined aqueous solution are immersed in the solution, and a p-type semiconductor of a solar cell having a p-type semiconductor and a pn junction of an n-type semiconductor as the anode A hydrogen generation apparatus is disclosed in which a photocatalyst layer that excites electron and hole pairs by light irradiation is formed on the surface of the layer (see Patent Document 1). According to the present hydrogen generator, hydrogen gas can be generated from the cathode surface by irradiating the anode with light energy.
また、Mg合金粉末と水とを反応させて、水素を発生させる方法が開示されている(特許文献2参照)。例えば、Mg合金粉末として、粒状Mgと、その粒状Mgの表面及び内部に存在する複数の触媒金属微粒子(Ni微粒子、Fe微粒子、V微粒子、Ti微粒子等)とよりなるMg合金粒子の集合体に水素化処理を施したものが用いられている。 Also disclosed is a method of generating hydrogen by reacting Mg alloy powder and water (see Patent Document 2). For example, as an Mg alloy powder, an aggregate of Mg alloy particles comprising granular Mg and a plurality of catalytic metal fine particles (Ni fine particles, Fe fine particles, V fine particles, Ti fine particles, etc.) present on and inside the granular Mg. The thing which performed the hydrogenation process is used.
さらに、例えば、リチウム含有複合酸化物の存在下で錯金属水素化物を加熱し、錯金属水素化物(LiAlH4、NaAlH4、LiBH4、NaBH4、KAlH4、KBH4、Mg(BH4)2、Ca(BH4)2、Ba(BH4)2、Sr(BH4)2及びFe(BH4)2など)を熱分解して水素を発生させる水素発生方法が開示されている(例えば、特許文献3参照)。 Further, for example, the complex metal hydride is heated in the presence of the lithium-containing composite oxide, and the complex metal hydride (LiAlH 4 , NaAlH 4 , LiBH 4 , NaBH 4 , KAlH 4 , KBH 4 , Mg (BH 4 ) 2 , Ca (BH 4 ) 2 , Ba (BH 4 ) 2 , Sr (BH 4 ) 2, Fe (BH 4 ) 2, etc.) have been disclosed to generate hydrogen (for example, (See Patent Document 3).
また、多孔質アルミナ皮膜上に白金及びパラジウムを熱水処理により担持したメタノール改質触媒を構成し、メタノール改質触媒を用いてメタノールから水素を取り出す方法が開示されている(例えば、特許文献4参照)。 Further, a method is disclosed in which a methanol reforming catalyst in which platinum and palladium are supported on a porous alumina film by hot water treatment and hydrogen is extracted from methanol using the methanol reforming catalyst (for example, Patent Document 4). reference).
さらに、燃料の改質部、CO変成部、CO除去部を連結した構成として、これらの各部で、触媒を用いて水素を発生させる方法も開示されている(例えば、特許文献5参照)。 Furthermore, as a configuration in which a fuel reforming unit, a CO conversion unit, and a CO removal unit are connected, a method of generating hydrogen using a catalyst in each of these units is also disclosed (see, for example, Patent Document 5).
また、低温プラズマ(非平衡プラズマ)を利用して、炭化水素類、メタノール等のアルコール類及び水等の窒素不含水素含有化合物を穏和な条件下で効率良く分解して水素を製造する水素製造方法も開示されている(例えば、特許文献6参照)。
しかしながら、特許文献1記載の技術では水素の発生効率が悪く、また、特許文献2記載の技術でも水素を発生させる反応速度が遅いため、水素発生量が少なく、自動車等の移動体に搭載される燃料電池に供給する水素ガスを生成する方法及び装置として使用することは難しかった。
However, the technology described in
また、特許文献3記載の水素発生方法では、残留物として金属が生成するため、金属を回収する装置等が別途必要となり、軽量化かつコンパクト化が要求される移動体に水素発生方法を適用することは困難であった。
Further, in the hydrogen generation method described in
さらに、特許文献4記載の技術では、高額な貴金属触媒を使用しているだけではなく、触媒作用を起こすために反応場の温度を400℃以上としている。燃料電池車両において、400℃以上の高温を生成することはエネルギ効率上不利であり、大量に発生するCOをCO2とするために、多段階の触媒を含んだ反応装置が必要となっていた。 Furthermore, in the technique described in Patent Document 4, not only an expensive noble metal catalyst is used, but the temperature of the reaction field is set to 400 ° C. or higher in order to cause a catalytic action. In a fuel cell vehicle, it is disadvantageous in terms of energy efficiency to generate a high temperature of 400 ° C. or more, and a reactor containing a multi-stage catalyst is required to convert CO 2 generated in large quantities into CO 2 . .
また、特許文献4と同様に、特許文献5記載の技術では、各部で高価な金属触媒を使用し、中間反応として大量に発生するCOをCO2にするためのCO変成部、CO除去部から成る多段階の触媒を含む反応装置が必要となっていた。 Similarly to Patent Document 4, in the technique described in Patent Document 5, an expensive metal catalyst is used in each part, and from a CO conversion part and a CO removal part for converting CO generated in large quantities as an intermediate reaction into CO 2. There was a need for a reactor comprising a multi-stage catalyst.
さらに、特許文献6記載の技術では、水素を生成する際の反応選択性及び転換効率が悪く、大量のエネルギを消費していた。また、COからCO2への変換効率が悪く、COをCO2とするために多段化した触媒を含む構成の反応装置が必要となり、大型かつ高重量の反応装置が別途必要となり、自動車等の移動体に搭載して使用することは難しかった。
Furthermore, in the technique described in
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、本発明の水素生成ユニットは、内部にCOとH2Oとを流動させる中空形状の空洞部を形成し、透明材料から構成される構造体と、構造体の空洞部内に配置された光触媒部と、を少なくとも備えることを要旨とする。 The present invention has been made to solve the above problems, that is, the hydrogen generation unit of the present invention forms a hollow cavity that allows CO and H 2 O to flow inside, and is made of a transparent material. The gist is to include at least a structure to be configured and a photocatalyst portion disposed in the cavity of the structure.
本発明の水素発生装置は、少なくともCO及びH2Oを含むガスを供給するガス供給手段と、内部にCOとH2Oとを流動させる中空形状の空洞部を形成し、透明材料から構成される構造体及び構造体の空洞部内に配置された光触媒部を少なくとも含み、光触媒作用により、ガス供給手段から供給されたCOを酸化すると共に、ガス供給手段から供給されたH2Oを分解してH2を生成する水素生成ユニットと、水素生成ユニットに光を照射する光照射手段と、水素生成ユニットで生成したCO2及びH2を含むガスを排出するガス排出手段と、を備えることを要旨とする。 The hydrogen generator of the present invention is composed of a transparent material, which includes a gas supply means for supplying a gas containing at least CO and H 2 O, and a hollow cavity for flowing CO and H 2 O therein. And at least a photocatalyst portion disposed in the cavity of the structure, the photocatalytic action oxidizes CO supplied from the gas supply means and decomposes H 2 O supplied from the gas supply means. It is provided with a hydrogen generation unit that generates H 2 , a light irradiation unit that irradiates light to the hydrogen generation unit, and a gas discharge unit that discharges a gas containing CO 2 and H 2 generated by the hydrogen generation unit. And
本発明の水素生成ユニットによれば、空洞部内に光触媒部を形成して、光触媒部に満遍なく光を照射して水の分解を促進したため、H2とO2の発生効率が高まり、COからCO2への変換効率を向上させてCOの排出量を減らすことができる。 According to the hydrogen generation unit of the present invention, the photocatalyst portion is formed in the cavity, and the photocatalyst portion is evenly irradiated with light to promote water decomposition, so that the generation efficiency of H 2 and O 2 is increased, and CO to CO The efficiency of conversion to 2 can be improved and CO emissions can be reduced.
本発明の水素発生装置によれば、装置構成を簡略化かつコンパクト化できるだけでなく、材料選択の自由度が高まり、低コスト化を実現することができる。 According to the hydrogen generator of the present invention, not only can the apparatus configuration be simplified and compact, but also the degree of freedom in material selection can be increased, and the cost can be reduced.
以下、本発明の実施の形態に係る水素生成ユニット及び水素生成ユニットを用いた水素発生装置について、第1実施形態及び第2実施形態を挙げて説明する。 Hereinafter, a hydrogen generation unit and a hydrogen generation apparatus using the hydrogen generation unit according to embodiments of the present invention will be described with reference to the first embodiment and the second embodiment.
第1実施形態(図1〜図4)
第1実施形態では、本発明の実施の形態に係る水素発生装置を燃料改質装置の後流側に設置して、燃料改質装置で改質したCOを燃料とした例を挙げて、図1から図4までを用いて説明する。
1st Embodiment (FIGS. 1-4)
In the first embodiment, an example in which the hydrogen generator according to the embodiment of the present invention is installed on the downstream side of the fuel reformer and CO reformed by the fuel reformer is used as a fuel is shown in FIG. A description will be given with reference to FIGS.
図1は、本発明の実施の形態に係る水素発生装置の構成を示す概略図である。水素発生装置では、外部から供給されるCOとH2OからH2とCO2を生成する。図1に示すように、水素発生装置1は、少なくともCO及びH2Oを含むガスを供給するガス供給手段2と、光触媒作用により、ガス供給手段2から供給されたCOを酸化すると共に、ガス供給手段2から供給されたH2Oを分解してH2を生成する水素生成ユニット3と、水素生成ユニット3に光を照射する光照射手段4と、水素生成ユニット3で生成したCO2及びH2を含むガスを排出するガス排出手段5と、を備える。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a hydrogen generator according to an embodiment of the present invention. In the hydrogen generator, H 2 and CO 2 are generated from CO and H 2 O supplied from the outside. As shown in FIG. 1, the
ガス供給手段2は、例えば、水供給配管と、COなどの燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、を備える。水供給配管及び燃料ガス供給配管は、水素発生装置1の上流側に設置される図示しない改質装置等に接続される。COは改質装置等から排気されるガスであり、H2Oは改質装置又は改質装置の後流側で外部から供給されるガスである。
The gas supply means 2 includes, for example, a water supply pipe and a fuel gas supply pipe that supplies a fuel gas such as CO. The water supply pipe and the fuel gas supply pipe are connected to a reformer (not shown) installed on the upstream side of the
光照射手段4は、太陽光又は人工光源を用いることが好ましい。人工光源としては、紫外線域、可視域及び赤外線域の少なくとも1つの波長域の光を放射する光源とすることが好ましく、人工光源として、例えば、ランプ又はレーザを用いることができる。人工光源のランプとして、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ又はLEDランプを使用することができる。人工光源であるレーザは、固体レーザ、半導体レーザ、金属レーザ、希ガスハライド・エキシマレーザ等のガスレーザである連続発振するレーザ光源、又はパルス発振するレーザを用いることが好ましい。特に、量子効率を上げるために半導体レーザを使用することが好ましい。 The light irradiation means 4 preferably uses sunlight or an artificial light source. The artificial light source is preferably a light source that emits light in at least one wavelength region of the ultraviolet region, the visible region, and the infrared region. For example, a lamp or a laser can be used as the artificial light source. As an artificial light source lamp, a halogen lamp, a mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, or an LED lamp can be used. As the laser that is an artificial light source, it is preferable to use a continuously oscillating laser light source such as a solid-state laser, a semiconductor laser, a metal laser, a rare gas halide / excimer laser, or a pulsed laser. In particular, it is preferable to use a semiconductor laser in order to increase quantum efficiency.
さらに、人工光源を実際に設置する場合、人工光源は、水素生成ユニット3を内包する水素発生装置1の骨格を形成するアルミニウムや鉄等の構造物内部に埋め込まれて、水素生成ユニット3に接して配置される。なお、水素発生装置1の構造物内部に水素生成ユニット3を埋め込んだ場合、水素発生装置1外部に人工光源用の電源を設置する必要がある。また、水素発生装置1外部に人工光源を配置した場合、光が通る導波路を介して水素発生装置1の構造物に連結し、導波路内を通過した光が、水素生成ユニット3に対して一定方向又は全体から光が照射するように、導波路を構造物内部に埋め込んで形成することが好ましい。
Furthermore, when an artificial light source is actually installed, the artificial light source is embedded in a structure such as aluminum or iron that forms the skeleton of the
また、水素発生装置1内の水素生成ユニット3に照射する光を有効活用することができ、水素発生装置1内への水素生成ユニット3の組み込み易さの点から、光照射手段2として半導体レーザである面発光レーザを使用することが好ましい。
In addition, it is possible to effectively use the light radiated to the
水素発生装置1内に設置された半導体レーザからの光は、水素生成ユニット3に対して均等に照射できれば良い。このため、水素生成ユニット3全体に光を照射できる場合には、水素生成ユニット3内部の一部の面方向から光を照射しても良い。但し、水素生成ユニット3内部の一部の面方向から光を照射し、光が十分に当たらない場合は、水素生成ユニット3に対して多方面から光を照射する必要がある。
The light from the semiconductor laser installed in the
また、上記光照射手段4において使用する光の波長は、100nm≦光波長≦1000nmの範囲とすることが好ましい。上記範囲に光の波長を規定した理由は、光の波長が100nm未満になると、COとH2OからCO2とH2を生成する消費エネルギが過大となりエネルギ効率が悪化し、逆に、光の波長が1000nmを超えると光エネルギが小さく光触媒作用が機能せず、水を分解できないからである。 The wavelength of light used in the light irradiation means 4 is preferably in the range of 100 nm ≦ light wavelength ≦ 1000 nm. The reason why the wavelength of light is defined in the above range is that when the wavelength of light is less than 100 nm, the energy consumed to generate CO 2 and H 2 from CO and H 2 O becomes excessive and energy efficiency deteriorates. This is because if the wavelength exceeds 1000 nm, the light energy is small, the photocatalytic action does not function, and water cannot be decomposed.
水素生成ユニット3は、光触媒作用によりCOを酸化すると共にH2Oを分解してH2を発生させる装置である。水素生成ユニット3の拡大図を図2に示す。図2に示すように、水素生成ユニット3は、内部にCOとH2Oとを流動させる中空形状の空洞部6を形成し、透明材料から構成される構造体7と、構造体7内部の空洞部6に配置された図示しない光触媒部と、を備える。なお、図2には、光照射手段4として、キセノンランプ8とキセノンランプ8に連結した光ファイバ9とを備える。キセノンランプ8からの光を光ファイバ9により導き、水素発生装置1内に設置した図示しない導波路を介して水素生成ユニット3に光を照射する。
The
上記水素生成ユニット3内の構造体7の構成を図3の(a)及び(b)に示す。(a)は、構造体7に形成した空洞部6内を流れるCO及びH2Oの流通方向における断面図であり、(b)は、構造体7に形成した空洞部6内を流れるCO及びH2Oの流通方向と垂直方向における断面図である。図3(a)(b)に示すように、シリカガラス製の構造体7には複数の円柱状の空洞部6が、等間隔を空けて形成されている。
The structure of the
水素生成ユニット3内の空洞部6の大きさは、例えば、円柱状の空洞部6とした場合、その直径は0.01μmから10μmの範囲とすることが好ましい。空洞部6の直径が0.01μm未満になると、ガス中に含まれる不純物等により空洞部6が詰まる恐れがあり、逆に、空洞部6の直径が10μmを超えると、単位断面積あたりの空洞部6の数が不足して、反応に関与する光触媒量が減少して反応が促進されないからである。また、構造体7の力学的強度が保持できる範囲で、空洞部6が密に配置してあることが望ましい。
The size of the
さらに、図2に示す空洞部6に設置する光触媒部の構成を図4に示す。図4に示すように、光触媒部10は、光触媒微粒子11上に金属微粒子12を担持した材料から構成される。金属微粒子12は、光触媒微粒子11の助触媒として働き、CO分子を吸着して酸素と反応させてCO2を生成する役割を有する。光触媒部10は、空洞部6内に形成されるが、具体的には、構造体7の空洞部6内で、光触媒微粒子と金属微粒子とを含む材料から空洞部6内壁に薄膜を形成するか、あるいは、触媒粒子の材料を挿入した状態として構成することが好ましい。
Furthermore, the structure of the photocatalyst part installed in the
なお、本実施形態では、図2に示す中空形状の空洞部6を円柱状に構成したが、円柱状に限定されず、中空形状の空洞部6を多角柱状に構成しても良い。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、水素発生装置1の上流側に改質触媒装置を設置した例を挙げたが、改質装置の種類は限定されるものではなく、化学プラント装置や内燃機関等を水素発生装置1の上流側に設置することもできる。改質触媒装置は、主として水素、酸素及び炭素からなるガソリン、メタノール、エタノールあるいはジメチルエーテル等の燃料ガスと水とから水素を発生させる装置であり、大量のCOが副産物として発生する金属触媒を使用している。また、プラズマを利用して水素を発生させる改質触媒装置を使用することができる。この改質触媒装置は、アーク放電、グロー放電、バリア放電、コロナ放電、パルスストリーマ放電及び沿面放電の中から選択される少なくとも一つを生成する電極対構造を有し、副産物として大量のCOが発生してCOの排出を伴う装置である。
In the present embodiment, an example in which a reforming catalyst device is installed on the upstream side of the
上記水素発生装置1内の水素生成ユニット3の構成材料を説明する。
The constituent materials of the
構造体7は、シリカガラス、チタニア、酸化亜鉛及びアルミナの中から選択される少なくとも1種類の透明材料から構成することが好ましい。なお、本実施形態では、構造体7の構成材料としてシリカガラスを使用したが、シリカガラスは例示した材料の中でも特に好ましい。この理由は、後述するように、構造体7に中空状の空洞部6を形成する手法が確立していて、大量生産が可能になりつつあること及び使用可能な光触媒を反応活性させる光の波長域(近紫外線域、可視域、遠赤外線域)でほぼ透明であるからである。すなわち、シリカガラスは、360nm-2.25μmの波長でほぼ100%透過し、波長340 nm では85%、波長320nmでは70%、300nmでも23%ある。
The
光触媒微粒子は、チタニア(TiO2)、チタニアに窒素又は硫黄をドープしたもの、SrTiO3、ZrO2 、Ta2 O5 、K4 Nb6 O17、Na2Ti6O13、K2Ti6O13及びBaTi4O9の中から選択される少なくとも1種類の材料から形成される微粒子とすることが好ましい。 The photocatalyst fine particles are titania (TiO 2 ), titania doped with nitrogen or sulfur, SrTiO 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , K 4 Nb 6 O 17 , Na 2 Ti 6 O 13 , K 2 Ti 6 O It is preferable to use fine particles formed of at least one material selected from 13 and BaTi 4 O 9 .
金属微粒子は、3d遷移金属元素或いは4d遷移金属元素を含んだ金属酸化物、又はPt微粒子Pt微粒子とすることが好ましい。これは以下の理由による。光が当たることで光触媒微粒子内の価電子帯から伝導帯に電子が励起される。この励起電子を上記金属微粒子に移動させ、この電子を用いて水を還元させ、水素を生成させる。そのため、特に電子を放出しやすいNi酸化物、Ru酸化物、Pt元素からなる微粒子が取り分け望ましい。 The metal fine particles are preferably 3d transition metal elements, metal oxides containing 4d transition metal elements, or Pt fine particles and Pt fine particles. This is due to the following reason. When light strikes, electrons are excited from the valence band in the photocatalyst fine particles to the conduction band. The excited electrons are moved to the metal fine particles, and water is reduced using the electrons to generate hydrogen. Therefore, it is particularly desirable to use fine particles made of Ni oxide, Ru oxide, and Pt element that easily emit electrons.
上記水素生成ユニット3は、構造体7に円柱状又は多角柱状の空洞部6を形成するために、フェムト秒レーザ技術及びエッチング技術、あるいは材料の自己組織化技術を用いて作製することができる。
The
[水素生成ユニットの製造方法]
以下、水素生成ユニット3の製造方法について、具体的に説明する。
[Method for producing hydrogen generation unit]
Hereinafter, the manufacturing method of the
まず、シリカガラス製の構造体7にアレー状に並んだ中空状の空洞部6を形成するため、シリカガラス面に対して、フェムト秒レーザを用いて5μm間隔かつ光の照射直径が2μmとなるように照射を繰り返す。
First, in order to form the
フェムト秒レーザでは、1TW(1012W )/cm2に達する高エネルギ密度が得られるため、高エネルギ密度光を材料に照射すると、高密度の電子を短時間で励起することができる。励起電子のエネルギは、1ナノ秒以内に材料中のイオンの振動エネルギに変換されるが、振動エネルギ密度が所定の閾値を超えると、イオンは材料から離脱して材料がアブレーションされ、材料内部のアブレーションにより小さな空孔が形成される。なお、空孔の形成時、高エネルギ密度光を制御すると、材料が破壊されることなく原子配列の構造を変えることができる。 Since the femtosecond laser can obtain a high energy density reaching 1 TW (10 12 W) / cm 2 , high-density electrons can be excited in a short time when the material is irradiated with high energy density light. The energy of the excited electrons is converted to vibration energy of ions in the material within 1 nanosecond, but when the vibration energy density exceeds a predetermined threshold, the ions are detached from the material and the material is ablated, and the internal energy of the material is increased. A small hole is formed by ablation. Note that when the high energy density light is controlled during the formation of the holes, the structure of the atomic arrangement can be changed without destroying the material.
また、シリカガラスでは、原子配列が変化した部分と原子配列が変化しない部分とでフッ化水素溶液に対してのエッチング速度に違いがあり、特に、原子配列が変化した部分は非常にエッチングされ易い。このため、エッチング速度の違いを利用して、選択的に光を照射した箇所をエッチングして空洞部6を形成する。本方法を用いて、最終的に多数のアレー状に並んだ中空形状の空洞部6を形成した透明な構造体7とする。
In addition, in silica glass, there is a difference in the etching rate with respect to the hydrogen fluoride solution between the portion where the atomic arrangement has changed and the portion where the atomic arrangement does not change, and in particular, the portion where the atomic arrangement has changed is very easily etched. . For this reason, the
次に、上記構造体7の空洞部6内壁に、光触媒部10として薄膜を形成する方法を説明する。
Next, a method for forming a thin film as the
例えば、シリカガラス製の構造体7とする場合、空洞部6内壁にテトラエトキシシランを含んだ液をたらして薄膜を形成し、乾燥状態に近づいた時点で金属微粒子と光触媒微粒子とを含む触媒粒子材料(例えば、Pt助触媒付きチタニア微粒子材料)を空洞部6内部に注ぎ込み、触媒粒子材料を付着した後、乾燥して空洞部6内壁表面に薄膜を形成する。また、触媒部10としての薄膜は、空洞部6内壁に光触媒粒子材料及び金属微粒子材料をスパッタ蒸着して形成しても良い。
For example, when the
なお、空洞部6内壁の薄膜は、Pt助触媒付きチタニア微粒子材料の膜に限定されず、例えば、内径5nm、外径8nm、長さ100nmのサイズのPt助触媒付きチタニアナノチューブを空洞部6内に挿入し、水素生成ユニット3を構成することもできる。
The thin film on the inner wall of the
ナノチューブを形成するチタニア(TiO2 )はn型半導体であり、半導体のバンドギャップ(禁制帯の幅)以上のエネルギを持つ波長の光で励起すると、半導体内部に電子と正孔対とが生成される。電子と正孔を表面に取り出して水と反応させると、酸化還元反応が進行して水素と酸素とが発生する。チタニアの禁制帯の幅は3eVであるため、415nmよりも短波長の光で反応が起こる。 Titania (TiO 2 ), which forms nanotubes, is an n-type semiconductor, and when excited with light having a wavelength equal to or greater than the band gap (forbidden band width) of the semiconductor, electron-hole pairs are generated inside the semiconductor. The When electrons and holes are extracted from the surface and reacted with water, a redox reaction proceeds to generate hydrogen and oxygen. Since the forbidden band of titania is 3 eV, the reaction occurs with light having a wavelength shorter than 415 nm.
また、チタニアは、紫外線領域の光を照射しないと光触媒作用が効果的に発揮されないが、窒素又は硫黄をドープしたチタニアは、青色領域でも光触媒作用を有する。このため、単体のチタニアに比べて窒素又は硫黄をドープしたチタニアは、エネルギ効率の点から有利である。特に、ナノレベル単位の空洞を有するチタニアナノチューブは、球形のチタニアに比べて比表面積が大きく、光触媒作用が優れている。チタニアナノチューブを空洞部6内に挿入して、水素生成ユニット3を構成すると、COからCO2への変換効率及び水素発生効率が飛躍的に向上する。
In addition, titania does not exhibit its photocatalytic action effectively unless it is irradiated with light in the ultraviolet region. However, titania doped with nitrogen or sulfur has a photocatalytic action even in the blue region. For this reason, titania doped with nitrogen or sulfur is advantageous from the standpoint of energy efficiency as compared with a single titania. In particular, titania nanotubes having nano-level cavities have a large specific surface area and superior photocatalytic action as compared to spherical titania. When the titania nanotube is inserted into the
また、上記チタニアナノチューブは、以下の製造方法を用いて製造することができる。 Moreover, the said titania nanotube can be manufactured using the following manufacturing methods.
まず、チタンイソプロポキシド(Ti(O-i-C3H7)4)等の金属アルコキシドとイソプロピルアルコール(IPA)等のアルコールとを混合した溶液を作製し、作製した溶液中に硝酸を加えた後、さらに水を加えて加水分解して、ゾルゲル法を用いてTiO2(結晶)を作製する。 First, a solution in which a metal alkoxide such as titanium isopropoxide (Ti (OiC 3 H 7 ) 4 ) and an alcohol such as isopropyl alcohol (IPA) are mixed is prepared, and after adding nitric acid to the prepared solution, Hydrolysis is performed by adding water, and TiO 2 (crystal) is produced using a sol-gel method.
次に、作製したTiO2を10MのKOH 水溶液中に入れて、100 ℃で15 時間、アルカリ処理をする。TiO2アルカリ水溶液を希塩酸(HCl)水溶液及び純水で中和処理し、チタニアナノチューブを形成する。Pt超微粒子を混合したアルコール中にチタニアナノチューブを投入し、乾燥した後、焼成してPt超微粒子を含むチタニアナノチューブとする。 Next, the prepared TiO 2 is put into a 10M KOH aqueous solution and subjected to alkali treatment at 100 ° C. for 15 hours. A TiO 2 alkali aqueous solution is neutralized with a dilute hydrochloric acid (HCl) aqueous solution and pure water to form titania nanotubes. Titania nanotubes are put into alcohol mixed with Pt ultrafine particles, dried, and fired to obtain titania nanotubes containing Pt ultrafine particles.
以下、燃料改質装置の後流側に設置した水素発生装置1の処理反応を説明する。
Hereinafter, the processing reaction of the
水素発生装置1の上流側に設置した改質触媒装置では、メタノール(CH3OH)と、メタノールの3倍程度の水(H20)を取り込み、CH3OHとH20とを含む混合ガスをヒータで熱して350℃の高温とし、Cu-Zn系触媒で反応を進めてH2を生成する。全体としては、式1に示す化学反応を進めてH2を生成する。
The reforming catalyst device installed upstream of the
CH3OH + H20 → CO2 + 3H2 …(式1)
さらに具体的に説明すると、改質触媒装置において、水供給配管と燃料ガス供給配管とを介して、表面にNi触媒を有するハニカム構造体にCH3OHとH20とを導入する。ハニカム構造体では、式1に示す反応がある程度進行し、CH3OHとH20とからCO2とH2とが生成する。しかし、式2に示す反応により進行が止まり、CH3OHからCOとH2とが生成し、COの発生量が極めて高くなる。
CH 3 OH + H 2 0 → CO 2 + 3H 2 (Formula 1)
More specifically, in the reforming catalyst device, CH 3 OH and H 2 0 are introduced into a honeycomb structure having a Ni catalyst on the surface via a water supply pipe and a fuel gas supply pipe. In the honeycomb structure, the reaction shown in
CH3OH → CO + 2H2 …(式2)
例えば、改質触媒装置を燃料電池の燃料供給源として使用した場合には、COが燃料電池の電極に悪影響を及ぼすため、式3に示す反応の選択性を高めて、COの発生量を低減する必要がある。
CH 3 OH → CO + 2H 2 (Formula 2)
For example, when the reforming catalyst device is used as a fuel supply source for a fuel cell, CO adversely affects the fuel cell electrode, so the selectivity of the reaction shown in
CO + H2O → CO2 + H2 …(式3)
このため、改質触媒装置の後流側に設置した水素発生装置1に、改質触媒装置から排気されたCOと、改質触媒装置において未反応で残るか、又は改めて外部から取り込んだH2Oと、を水素生成ユニット3内の空洞部6内に導入する。すると、空洞部6内に配置された金属微粒子が、空洞内を流動しているCOとH2Oとを吸着した後にH2を放出し、光触媒微粒子がO2を放出する。この時、金属微粒子に吸着したCOは、光触媒微粒子から放出されたO2により酸化されてCO2となり、式3に示す反応により、CO2 と H2とが生成する。
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (Formula 3)
Therefore, the
本実施形態によれば、水素発生装置でCOが酸化されてCO2となり、CO濃度を0.05%程度に抑制することができる結果、CO排出量を大幅に低減することができた。 According to the present embodiment, CO is oxidized into CO 2 in the hydrogen generator, and the CO concentration can be suppressed to about 0.05%. As a result, CO emissions can be greatly reduced.
また、本実施形態によれば、構造体7の空洞部6内に光触媒部10である薄膜を形成したため、光触媒部10中の光触媒粒子に満遍なく光を照射して水の分解を促進することができる。このため、光による電子とホールの生成割合である量子効率が向上し、酸化及び還元反応によりH2とO2の発生効率が高まり、光触媒により発生したO2を酸化してCOに変換できるため、COからCO2への変換効率を高めることができる。この結果、装置の構成を簡略化かつコンパクト化できるだけでなく、装置内を高温化する必要が無くなり、材料選択の自由度が高まり、低コスト化を実現することができる。
Moreover, according to this embodiment, since the thin film which is the
第2実施形態(図5)
第2実施形態では、バリア放電を用いてプラズマ改質装置の後流側に、本発明の実施の形態に係る水素発生装置を設置した例を挙げて、図5を用いて説明する。
Second Embodiment (FIG. 5)
In the second embodiment, an example in which the hydrogen generator according to the embodiment of the present invention is installed on the downstream side of the plasma reforming apparatus using barrier discharge will be described with reference to FIG.
図5(a)は、本発明の実施の形態に係る水素発生装置の一部の構成を示す概略図である。図5(a)に示すように、水素発生装置13の枠体14内に水素生成ユニット15を設置しており、枠体14を拡大した断面図を図5(b)に示す。図5(b)に示すように、枠体14内壁に、光照射手段4の光源としてGaN系青色面発光レーザ16を埋め込み構成している。
FIG. 5 (a) is a schematic diagram showing a partial configuration of the hydrogen generator according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5A, a
プラズマ改質装置では、水供給配管と燃料ガス供給配管とを介して電極間にCH3OHとH2Oとを流通させると共に、高周波電源から電極間に電圧を印加して電極間の放電によりプラズマを発生させる。すると、CH3OHが分解されると共にH2OからCO2とH2とが生成し、これと同時にCOの発生量が極めて高くなる。 In the plasma reformer, CH 3 OH and H 2 O are circulated between the electrodes via the water supply pipe and the fuel gas supply pipe, and a voltage is applied between the electrodes from the high frequency power source to discharge the electrodes. Generate plasma. Then, CH 3 OH is decomposed and CO 2 and H 2 are generated from H 2 O. At the same time, the amount of CO generated is extremely high.
プラズマ改質装置で生成したCOと、プラズマ改質装置にて未反応で残り又は新たに外部から取り込んだH2Oと、を水素生成ユニット15内に導入し、COシフト反応を進めて水素を生成する。
本実施形態によれば、水素発生装置においてCOを酸化してCO2に変換したため、CO濃度を0.01%程度の低濃度に抑えることができた。
The CO generated by the plasma reforming apparatus and the H 2 O remaining unreacted or newly taken in from the plasma reforming apparatus are introduced into the
According to this embodiment, CO was oxidized and converted to CO 2 in the hydrogen generator, so that the CO concentration could be suppressed to a low concentration of about 0.01%.
1…水素発生装置,
2…ガス供給手段,
3…水素生成ユニット,
4…光照射手段,
5…ガス排出手段,
6…空洞部,
7…構造体,
8…キセノンランプ,
9…光ファイバ,
10…光触媒部,
11…光触媒微粒子,
12…金属微粒子,
1 ... Hydrogen generator,
2 ... Gas supply means,
3 ... Hydrogen generation unit,
4 ... light irradiation means,
5 ... Gas discharge means,
6 ... Cavity,
7 ... Structure,
8 ... Xenon lamp,
9: optical fiber,
10 ... Photocatalyst part,
11 ... Photocatalyst fine particles,
12 ... metal fine particles,
Claims (8)
前記構造体の空洞部内に配置された光触媒部と、
を少なくとも備えることを特徴とする水素生成ユニット。 A hollow body that flows CO and H 2 O inside is formed, and a structure composed of a transparent material,
A photocatalyst portion disposed in the cavity of the structure;
A hydrogen generation unit comprising at least
前記金属微粒子は、3d遷移金属元素或いは4d遷移金属元素を含んだ金属酸化物、又はPt微粒子であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の水素生成ユニット。 The photocatalyst portion is formed of a material carrying metal fine particles on the photocatalyst fine particles,
The hydrogen generation unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal fine particles are 3d transition metal elements, metal oxides containing 4d transition metal elements, or Pt fine particles.
内部にCOとH2Oとを流動させる中空形状の空洞部を形成し、透明材料から構成される構造体及び前記構造体の空洞部内に配置された光触媒部を少なくとも含み、光触媒作用により、前記ガス供給手段から供給されたCOを酸化すると共に、前記ガス供給手段から供給されたH2Oを分解してH2を生成する水素生成ユニットと、
前記水素生成ユニットに光を照射する光照射手段と、
前記水素生成ユニットで生成したCO2及びH2を含むガスを排出するガス排出手段と、
を備えることを特徴とする水素発生装置。 Gas supply means for supplying a gas containing at least CO and H 2 O;
A hollow-shaped cavity that allows CO and H 2 O to flow therein is formed, and includes at least a structure formed of a transparent material and a photocatalyst disposed in the cavity of the structure. A hydrogen generation unit that oxidizes CO supplied from the gas supply means and decomposes H 2 O supplied from the gas supply means to generate H 2 ;
Light irradiation means for irradiating the hydrogen generation unit with light;
A gas discharge means for discharging a gas containing CO 2 and H 2 generated by the hydrogen generation unit;
A hydrogen generator characterized by comprising:
8. The hydrogen generator according to claim 7, wherein the artificial light source is a lamp or a laser.
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Cited By (8)
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---|---|---|---|---|
WO2009021292A1 (en) * | 2007-08-16 | 2009-02-19 | The University Of Queensland | Titanate photocatalyst |
US8551906B2 (en) | 2007-08-16 | 2013-10-08 | The University Of Queensland | Titanate photocatalyst |
CN103816888A (en) * | 2014-03-14 | 2014-05-28 | 中国科学院理化技术研究所 | Preparation method of visible light response type quadrivalent niobium self-doping niobate photocatalyst |
CN103816888B (en) * | 2014-03-14 | 2016-02-03 | 中国科学院理化技术研究所 | Preparation method of visible light response type quadrivalent niobium self-doping niobate photocatalyst |
CN106784619A (en) * | 2016-12-27 | 2017-05-31 | 华中科技大学 | A kind of sodium-ion battery negative active core-shell material, negative pole, battery and preparation method |
CN106784619B (en) * | 2016-12-27 | 2019-11-05 | 华中科技大学 | A kind of sodium-ion battery negative electrode active material, cathode, battery and preparation method |
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