JP2020040852A - 水素貯蔵材料の製造方法、水素貯蔵材料 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態の水素貯蔵材料の製造方法は、乾式造粒法によりテトラヒドロほう酸塩を含む造粒物を得る造粒工程と、強アルカリ材料及び溶媒を含む溶液を造粒物に接触させる接触工程と、溶液から溶媒を除去する除去工程と、を備える。
乾式造粒法としては、ブリケット造粒法、打錠造粒法、圧縮成型と解砕とを組み合わせた造粒法、押出造粒法等が挙げられる。これらのうち、造粒コスト、生産性、水素取り出し時の容易性の観点からブリケット造粒法を用いることができる。本工程を実施することで、テトラヒドロほう酸塩を含む造粒物を得ることができる。なお、本実施形態において、乾式造粒法とは圧密様式の造粒(強制造粒)(粉体工学便覧第2版参照)を意味し、いわゆる解砕造粒(回転ナイフ(垂直)、回転ナイフ(水平)、回転バー)、圧縮造粒(圧縮ロール、ブリケッティング・ロール、打錠)、押出造粒(スクリュー、回転多孔ダイス、回転ブレード)等を含む概念である。
造粒工程(又は場合により整形工程)を経て得られた造粒物と、強アルカリ材料及び溶媒を含む溶液との接触方法としては、噴霧法、含浸法、転動法、流動法、噴流法等が挙げられる。これらのうち、被覆厚さのコントロールのし易さ、水素化ほう素ナトリウムと溶液(特に溶媒)との接触時間の短さ等の観点から、噴霧法を用いることができる。接触工程は、造粒物表面に強アルカリ材料を含む被覆層を設ける被覆工程の一部ということができる。
造粒物の表面に付着した溶液から溶媒を除去する。除去方法としては、例えば接触工程後の造粒物を80〜300℃の環境下に置いたり、あるいは低圧(10kPa以下)環境下に置いたり、あるいはその両方を組み合わせたりする方法が挙げられる。本工程を実施することで、造粒物の表面を強アルカリ材料で被覆することができる。接触工程は、造粒物表面に強アルカリ材料を含む被覆層を設ける被覆工程の一部ということができる。
図1は、本実施形態の水素貯蔵材料一例を示す模式断面図である。本実施形態の水素貯蔵材料10は、テトラヒドロほう酸塩を含む乾式造粒物1と、乾式造粒物1を被覆する、強アルカリ材料を含む被覆層2と、を備える。このような水素貯蔵材料は、上記の製造方法により得ることができる。
NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2 (1)
本実施形態の水素貯蔵材料と水とを反応させることで、水素貯蔵材料から安定的かつ高効率に水素を取り出すことができる。水素の取り出し時に生じる化学反応は上記式(1)のとおりである。
水素化ほう素ナトリウム粉末(キシダ化学株式会社製、含量97重量%)を準備した。この水素化ほう素ナトリウム粉末を、ブリケットマシン(新東工業株式会社製、型式BGS−IN)に投入し、乾式で造粒した。造粒環境は温度24℃(室温)、湿度54%で一定であった。造粒物の大きさが5mm径となるようブリケットロールを選択した。この際、ブリケットマシンのロール間力は線圧換算で6kN/cm、ロール回転数は20rpm、スクリュー回転数は60rpmとした。
水素化ほう素ナトリウム造粒物のバリを解砕除去するために、ロータップふるい振とう機(新東工業株式会社製、型式SS)を、造粒物とφ25mmウレタンボール20個とを混在させた状態で10分間稼働させた。この際3.35mmふるいを使用した。これにより、バリが除去されて整形された造粒物と、解砕除去されたバリとが分離された。整形環境は温度24℃、湿度54%で一定であった。
整形された造粒物を転動槽に投入し、転動槽内に温風(150℃)を吸排気して乾燥させながら、45質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液をスプレーで噴霧した。水酸化ナトリウム水溶液の調製には水酸化ナトリウム(キシダ化学株式会社製、含量97重量%)を用いた。これにより、水素化ほう素ナトリウム造粒物の表面に、0.2mmの厚さの水酸化ナトリウム被覆層が形成され、所望の水素貯蔵材料が得られた。水酸化ナトリウム被覆層の厚さは、水素貯蔵材料を切断した上でその断面をEDX分析し、ほう素非含有層の厚さを測定することにより確認した。
得られた水素貯蔵材料100gを容積1m3の容器に入れて密閉し、容器内環境を温度30℃、湿度80%に設定して10分間放置した。ガス検知管(光明理化学工業株式会社製、137U水素)を用いて水素濃度を測定したところ、水素は検出されなかった。
Claims (11)
- 乾式造粒法によりテトラヒドロほう酸塩を含む造粒物を得る造粒工程と、
強アルカリ材料及び溶媒を含む溶液を前記造粒物に接触させる接触工程と、
前記溶液から溶媒を除去する除去工程と、
を備える、水素貯蔵材料の製造方法。 - 前記溶媒が、水である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記乾式造粒法が、ブリケット造粒法である、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記強アルカリ材料が、水酸化ナトリウム及び水酸化カルシウムの少なくとも一種である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記テトラヒドロほう酸塩が、水素化ほう素ナトリウムである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。
- テトラヒドロほう酸塩を含む乾式造粒物と、
前記乾式造粒物を被覆する、強アルカリ材料を含む被覆層と、
を備える、水素貯蔵材料。 - 前記強アルカリ材料の質量割合が、水素貯蔵材料の全質量を基準として1質量%以下である、請求項6に記載の水素貯蔵材料。
- 前記被覆層の厚さが、0.6mm以下である、請求項6又は7に記載の水素貯蔵材料。
- 前記乾式造粒物が、ブリケット造粒物である、請求項6〜8のいずれか一項に記載の水素貯蔵材料。
- 前記強アルカリ材料が、水酸化ナトリウム及び水酸化カルシウムの少なくとも一種である、請求項6〜9のいずれか一項に記載の水素貯蔵材料。
- 前記テトラヒドロほう酸塩が、水素化ほう素ナトリウムである、請求項6〜10のいずれか一項に記載の水素貯蔵材料。
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