JP2012188707A

JP2012188707A - 二酸化炭素還元用粉末圧縮電極

Info

Publication number: JP2012188707A
Application number: JP2011053818A
Authority: JP
Inventors: Masaya Oya; 真也大矢; Satoshi Kaneko; 聡金子; Hideyuki Katsumata; 英之勝又; Kiyohisa Ota; 清久太田; Toru Suzuki; 透鈴木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2012-10-04

Abstract

【課題】金属粉末と酸化物粉末を混合し、圧縮することにより成型して得られる二酸化炭素還元用粉末圧縮電極を作製し、この二酸化炭素還元用粉末圧縮電極を用いて、アルコール溶媒中の二酸化炭素を電気化学的に還元し、炭化水素類を製造する手法を提供する。本粉末圧縮電極を用いることにより、炭化水素類の生成効率が大きく向上する。
【解決手段】二酸化炭素を飽和させたアルコール溶液に二酸化炭素還元用粉末圧縮電極を用いて電気化学的に、炭化水素類を製造する方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素還元用粉末圧縮電極に関するものである。

近年、地球環境問題の一つとして地球温暖化が挙げられる。これは温室効果ガスである二酸化炭素の大気中濃度の増加に由来するとされている。

科学技術の発展に伴い化石燃料の消費が急増し、高エネルギー需要社会の形成に伴って二酸化炭素やフロン等温室効果ガスの急激な排出量の増加がもたらされた。その結果、地球規模での気温上昇が懸念され、地球温暖化が人類をはじめとする生物圏全体に深刻な影響をもたらすことが指摘されている。

従来、電気化学的手法によって得られる二酸化炭素還元生成物はせいぜい２電子還元生成物であるギ酸、シュウ酸、一酸化炭素のみであり、付加価値の高い生成物を得ることができなかった。ところが、高純度な銅をカソード電極に用いると、８電子還元生成物のメタン、更に１２電子還元生成物のエチレンが生成することが発見された。

しかしながら、銅電極には二点の問題点がある。一点目は、銅電極は相当な量のエネルギーが、水の電気分解による水素発生のエネルギーに消費される点である。二点目は、高純度の銅が必要であり、前処理と耐久性に問題がある。したがって、二酸化炭素からの有用物質の製造の実用化には、電極コストのさらなる低廉化と改良が必要である。

特開２００３−２１３４７２号特開平７−１８８９６１号

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に為されたものであって、その解決課題とするところは、二酸化炭素還元用粉末圧縮電極ことを提供することにある。

そして、本発明者が二酸化炭素還元用粉末圧縮電極について鋭意検討を重ねた結果、比較的安価で二酸化炭素からの炭化水素類生成方法に有効であることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、３００ｍＭ水酸化カリウム支持電解質を溶解したアルコール溶液において、二酸化炭素を飽和し、二酸化炭素還元用粉末圧縮電極を用いて電気的に二酸化炭素を還元し、炭化水素類を製造する方法をその要旨とするものである。

なお、かかる本発明に従う炭化水素類製造方法の望ましい態様の一つによれば、前記溶液溶媒として二酸化炭素を飽和させた３００ｍＭ濃度の水酸化カリウムメタノールを利用することとなる。

また、このような本発明に従う方法の他の望ましい態様の一つによれば、前記水溶液溶媒温度を−３０℃で行うこととなる。

このように、本発明に従う金属粉末と酸化物粉末を混合し、圧縮することにより成型して得られる二酸化炭素還元用粉末圧縮電極にあっては、電極コストも低廉で、低コストで炭化水素類製造を実施することができるようになっている。

ところで、かかる本発明に従う炭化水素類製造方法において、二酸化炭素を飽和させた３００ｍＭ濃度の水酸化カリウムアルコール溶液にCuO含有金属粉末圧縮電極を用いて、電気的に炭化水素類を製造することになるが、特に望ましい形態には、メタノールなどの低級アルコールが好適に用いられるのである。

そして、本発明に従う炭化水素類製造方法で利用する溶媒の温度は−３０℃において、炭化水素類の生成を実施することとなる。また、特に望ましい組成には、Pb粉末８５〜１００重量％とCuO粉末０〜１５重量％からなる二酸化炭素還元用粉末圧縮電極が用いられるのである。

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を、更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。

本発明により作製したCuO含有二酸化炭素還元用粉末圧縮電極において、炭化水素類の電流効率に対するCuOと鉛の含有率の影響を表す図である。

試験例
９９．５％メタノール水溶液に、３００ｍＭ濃度になるように水酸化カリウムを添加した溶媒を調製した。この溶媒７０ｍＬずつ入れたＨ型セルを高温槽内に設置した。溶媒の温度は−３０℃に設定した。カソード室にカソード電極として、CuO含有金属二酸化炭素還元用粉末圧縮電極を用いて、アノードにはアノード電極として白金電極を用いた。このＨ型セルにポテンシオスタットを用いて５０Ｃまで定電位電解を行い、二酸化炭素の電気化学的還元を進行させた。発生した生成物は、ガスクロマトグラフィーと高速液体クロマトグラフィーで分析した。生成物の電流効率を計算し、評価した。

電極は、本発明によるCuO含有金属二酸化炭素還元用粉末圧縮電極を電解還元が起きるカソード電極として用い、白金板（３×２ｃｍ）をアノード電極として用いた。

本発明によるCuO含有金属二酸化炭素還元用粉末圧縮電極は、CuOと鉛粉末から作製した。CuO含有金属二酸化炭素還元用粉末圧縮電極の作成方法は、それぞれ金属粉末を混ぜ合わせ、２００ｋｇ／ｃｍ^２の力で圧縮し、直径１．５ｃｍの円板を作り、伝導性エポキシ樹脂を用いて円板二枚とニッケル線を付け合せてCuO含有金属二酸化炭素還元用粉末圧縮電極を作製した。

CuO含有金属二酸化炭素還元用粉末圧縮電極を用いて、CuO含有率と電位を調べた。炭化水素類の生成電流効率は、鉛のみでは０．０２％であった。しかしながら、適切なCuO含有率と電位において、メタン０．１６％とエチレン１．４７％の電流効率が得られた。

上記の実験を比較すると、炭化水素類を工業的に大量生産する場合にCuO含有金属二酸化炭素還元用粉末圧縮電極を用いると、簡単で断然有利であると言える。

Claims

金属粉末と酸化物粉末を混合し、圧縮することにより成型して得られる二酸化炭素還元用粉末圧縮電極。
前記電極がPb粉末とCuOからなる二酸化炭素還元用粉末圧縮電極。
前記電極の組成が、Pb粉末８５〜１００重量％とCuO粉末０〜１５重量％からなる二酸化炭素還元用粉末圧縮電極。