JP2016199439A - 水素ガス生成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)FeOOHを含む素材に、前記FeOOHがFe2O3に変化する処理を施し、水素ガスを発生させるに当たり、前記素材とFeを含む材料とを共存させ、かつ該Feを含む材料が、前記素材に含まれるFeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置して、前記FeOOHがFe2O3に変化する処理を施すことを特徴とする水素ガス生成方法。
(2)FeOOHを含む素材とFeを含む材料とを共存させ、かつ該Feを含む材料が、前記素材に含まれるFeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置して、前記FeOOHがFe2O3に変化する処理を施し、水素ガスを発生させたのちに、前記Fe2O3をFeOOHに変化させる錆処理を施し、ついで該錆処理を施されて生成した該FeOOHがFe2O3に変化する処理を、前記錆処理を施されて生成した前記FeOOHとFeを含む材料とを共存させ、かつ、前記Feを含む材料が、前記錆処理を施されて生成した前記FeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置して施し、水素ガスを発生させる工程を、複数回繰返すことを特徴とする水素ガス生成方法。
(3)(1)または(2)において、前記共存させる前記Feを含む材料が、前記FeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で1.0以上となるように配置することを特徴とする水素ガス生成方法。
(4)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、前記共存させる前記Feを含む材料の形態が、板状、粉末状、チップ状、線状のいずれかであることを特徴とする水素ガス生成方法。
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、前記FeOOHがFe2O3に変化する処理が、前記FeOOHを含む素材および前記Feを含む材料を100〜600℃の範囲の温度に加熱する処理であることを特徴とする水素ガス生成方法。
(6)(1)ないし(5)のいずれかにおいて、前記FeOOHを含む素材が、FeOOHを含む鉄系材料であることを特徴とする水素ガス生成方法。
(7)(1)ないし(6)のいずれかにおいて、前記FeOOHがFe2O3に変化する処理が、非酸化性雰囲気中で行う処理であることを特徴とする水素ガス生成方法。
2FeOOH→ Fe2O3+H2+1/2O2 ……(1)
で示される直接反応で水素ガスが発生するか、あるいは次(2)式
2FeOOH→ Fe2O3+H2O ……(2)
で示される反応で形成された水H2Oの一部が、次式
H2O→ H2+1/2O2 ……(2a)
で示される反応で解離して水素ガスが発生するか、あるいはそれらが重畳したものと推定できる。なお、(1)式、(2)式、(2a)式で示される反応では、水素ガスH2と酸素ガスO2がともに発生するが、発生した酸素ガスO2は、多量に存在する鉄錆に吸収されて系外には出ず、発生した水素ガスH2のみが検出されたものと推察している。
2FeOOH→ Fe2O3+H2O ……(2)
で示される反応で水H2Oが形成された場合には、Feが共存することにより、次(3)式
2Fe+3H2O→ Fe2O3+3H2 ……(3)
で示される反応で、水が還元されて水素ガスH2が発生する反応が進行するものと推定している。
(フリーFe換算でFe含有質量(g))/(素材に含まれるFeOOH量(質量)(g)
で定義される比(質量比)で、0.5以上となるように配置することとした。なお、上記した比の上限についてはとくに限定する必要はないが、上記した比が10を超えて「Feを含む材料」の量を増加させると、効果が飽和する傾向を示す。
3Fe2O3+H2→ 2Fe3O4+H2O ……(3)
あるいは、さらに
2Fe3O4+2H2→ 6FeO+2H2O ……(4)
が生じ、発生した水素ガスが消費されることが推定される。このため、得られる水素ガス量が減少することになる。なお、発生した水の一部は再度、水素ガスの発生に寄与する可能性はあるが、すべての発生した水が水素ガス発生に利用されることはない。
鉄錆FeOOHの試薬(粉末)を、半円柱状でボード状の容器(石英ガラス製)に0.25g(容器すり切り一杯)入れて、ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速のもとで、室温から600℃まで、加熱速度:200℃/hで加熱する加熱処理を施し、試験No.1(比較例)とし、基準とした。
(実施例2)
ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速のもとで、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)0.26〜0.31gを入れた半円柱状でボード状の容器(石英ガラス製)と、該容器の雰囲気ガスの下流側に、重量を0.90〜0.25gの範囲で変化させたステンレス鋼製ワイヤウール(線径:0.3〜0.5mmφ)を配置し、実施例1と同様に、室温から600℃(一部800℃)まで、加熱速度:200℃/hで加熱する加熱処理を施し、試験No.21(本発明例)とした。また、「Feを含む材料」としてのステンレス鋼製ワイヤウールを、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)と接触させた状態で配置し、同様に加熱処理を施し、試験No.22(本発明例)とした。
(実施例3)
ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速のもとで、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)を0.25g入れた、半円柱状でボード状の容器(石英ガラス製)と、該容器の雰囲気ガス流の下流側に、アトマイズ鉄粉(質量:3.25g)を入れたボード状の石英ガラス製容器を配置して、室温から400℃まで、加熱速度:200℃/hで加熱し、400℃で2h保持する加熱処理を施し、FeOOHをFe2O3に変化させ、水素ガスを発生させた。
Claims (7)
- FeOOHを含む素材に、前記FeOOHがFe2O3に変化する処理を施し、水素ガスを発生させるに当たり、前記素材とFeを含む材料とを共存させ、かつ該Feを含む材料が、前記素材に含まれるFeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置して、前記FeOOHがFe2O3に変化する処理を施すことを特徴とする水素ガス生成方法。
- FeOOHを含む素材とFeを含む材料とを共存させ、かつ該Feを含む材料が、前記素材に含まれるFeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置して、前記FeOOHがFe2O3に変化する処理を施し、水素ガスを発生させたのちに、前記Fe2O3をFeOOHに変化させる錆処理を施し、ついで該錆処理を施されて生成した該FeOOHがFe2O3に変化する処理を、前記錆処理を施されて生成した前記FeOOHとFeを含む材料とを共存させ、かつ、前記Feを含む材料が、前記錆処理を施されて生成した前記FeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置して施し、水素ガスを発生させる工程を、複数回繰返すことを特徴とする水素ガス生成方法。
- 前記共存させる前記Feを含む材料が、前記FeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で1.0以上となるように配置することを特徴とする請求項1または2に記載の水素ガス生成方法。
- 前記共存させる前記Feを含む材料の形態が、板状、粉末状、チップ状、線状のいずれかであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の水素ガス生成方法。
- 前記FeOOHがFe2O3に変化する処理が、前記FeOOHを含む素材および前記Feを含む材料を100〜600℃の範囲の温度に加熱する処理であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の水素ガス生成方法。
- 前記FeOOHを含む素材が、FeOOHを含む鉄系材料であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の水素ガス生成方法。
- 前記FeOOHがFe2O3に変化する処理が、非酸化性雰囲気中で行う処理であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の水素ガス生成方法。
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