JP5060504B2 - Metal amide production method and metal amide production apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、金属とアンモニアとを反応させて金属アミドを生成する金属アミドの製造方法および金属アミド製造装置に関する。   The present invention relates to a method for producing a metal amide and a metal amide production apparatus for producing a metal amide by reacting a metal with ammonia.

従来、金属アミドは、脱水剤や種々の有機合成試薬として使用されている。また、近年は水素貯蔵材料としても使用され、様々な分野で有用性の高い物質である。このような金属アミドは、金属水素化物をアンモニアガス中でミリング処理することで製造することができる(たとえば、特許文献1参照)。また、金属カルシウムとアンモニアからへキサアンミンカルシウムを生成し、これを白金触媒の存在下で分解して製造することもできる(たとえば、非特許文献1参照)。また、金属リチウム、金属カルシウムを液体アンモニアに溶解させて製造することもできる(たとえば、非特許文献2、3参照)。   Conventionally, metal amides are used as dehydrating agents and various organic synthesis reagents. In recent years, it is also used as a hydrogen storage material and is a highly useful substance in various fields. Such a metal amide can be produced by milling a metal hydride in ammonia gas (see, for example, Patent Document 1). Further, hexammine calcium can be produced from metallic calcium and ammonia, and can be produced by decomposing it in the presence of a platinum catalyst (see, for example, Non-Patent Document 1). Moreover, it can also manufacture by dissolving metallic lithium and metallic calcium in liquid ammonia (for example, refer nonpatent literatures 2 and 3).

特開2005−306724号公報JP-A-2005-306724

化学大辞典編集員会編集、「化学大辞典2」、縮刷版、共立出版株式会社、1989年8月15日、p.553化学大辞典Edited by the Editorial Board of the Chemical Dictionary, “Chemical Dictionary 2”, reduced edition, Kyoritsu Publishing Co., Ltd., August 15, 1989, p. 553 Chemical Dictionary 化学大辞典編集員会編集、「化学大辞典9」、縮刷版、共立出版株式会社、1989年8月15日、p.608化学大辞典Edited by the Society of Chemistry Dictionary, “Chemical Dictionary 9”, reduced edition, Kyoritsu Publishing Co., Ltd., August 15, 1989, p. 608 Chemical Dictionary Von Robert Juza und Harm Schumacher、Zeitschrift fur anorganische und allgemeine Chemie Band、324、1963Von Robert Juza und Harm Schumacher, Zeitschrift fur anorganische und allgemeine Chemie Band, 324, 1963

しかし、特許文献1に記載の方法においては、高クロム鋼のミル容器を用いるため、ミル容器の材質中の鉄等が不純物として混入してしまう。さらに反応中に水素ガスが発生するため、容器内のアンモニア分圧が低下し、反応が遅くなる。したがって、途中で容器内のガスをパージし新たにアンモニアガスを封入する必要があり、工業的に有用性が高いとはいえない。   However, in the method described in Patent Document 1, since a high-chromium steel mill container is used, iron or the like in the material of the mill container is mixed as an impurity. Furthermore, since hydrogen gas is generated during the reaction, the partial pressure of ammonia in the container is lowered, and the reaction is slowed down. Therefore, it is necessary to purge the gas in the container on the way and newly enclose ammonia gas, which is not highly industrially useful.

また、非特許文献1に記載の方法では、Ca+6NH→Ca(NH→Ca(NH+4NH+Hの反応により、金属カルシウムとアンモニアからへキサアンミンカルシウムを生成し、さらにこれを触媒の存在下で分解させる。したがって、工程数が多くなったり、高価な白金触媒を用いるためコストが嵩んだりするため、現実的な方法とはいえない。 In addition, in the method described in Non-Patent Document 1, hexammine calcium is produced from metallic calcium and ammonia by a reaction of Ca + 6NH 3 → Ca (NH 3 ) 6 → Ca (NH 2 ) 2 + 4NH 3 + H 2 , Further, it is decomposed in the presence of a catalyst. Therefore, the number of steps increases and the cost increases because an expensive platinum catalyst is used, which is not a realistic method.

一方、非特許文献2、3に記載の方法では、上記のような問題は生じない。しかし、たとえばCa+2NH→Ca(NH+Hの反応により金属カルシウムを液体アンモニアに溶解させる場合には、発生する水素ガス分圧が高くなるため、容器への負担が増大する。したがって、高圧に耐えうる容器を用いたり、水素の発生を抑えるために製造量を減らして低圧で製造したりする必要がある。また、ガス圧が1MPa以上になると高圧ガス法規に順守する必要も生じ、負担が増大する。 On the other hand, the methods described in Non-Patent Documents 2 and 3 do not cause the above problems. However, for example, when metallic calcium is dissolved in liquid ammonia by a reaction of Ca + 2NH 3 → Ca (NH 2 ) 2 + H 2 , the generated hydrogen gas partial pressure increases, so the burden on the container increases. Therefore, it is necessary to use a container that can withstand high pressure, or to manufacture at a low pressure by reducing the production amount in order to suppress the generation of hydrogen. Further, when the gas pressure becomes 1 MPa or more, it becomes necessary to comply with the high-pressure gas regulations, and the burden increases.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、工業的な有用性が高く、反応容器にかかる負担を低減することができる金属アミドの製造方法および金属アミド製造装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a metal amide production method and a metal amide production apparatus that are highly industrially useful and can reduce the burden on a reaction vessel. With the goal.

(1)上記の目的を達成するため、本発明の金属アミドの製造方法は、金属とアンモニアとを反応させて金属アミドを生成する金属アミドの製造方法であって、反応容器に金属を封入する工程と、前記反応容器にアンモニアを導入し液化させる工程と、前記反応容器内を攪拌して、前記封入された金属と前記液化されたアンモニアとを反応させる工程と、を含み、前記反応容器内のガスのうち、アンモニアガスをトラップし、水素ガスを排出しつつ、前記反応を進行させることを特徴としている。   (1) In order to achieve the above object, a method for producing a metal amide according to the present invention is a method for producing a metal amide by reacting a metal and ammonia to enclose the metal in a reaction vessel. A step of introducing and liquefying ammonia in the reaction vessel; and stirring the inside of the reaction vessel to react the enclosed metal with the liquefied ammonia. Among these gases, ammonia gas is trapped, and the reaction proceeds while hydrogen gas is discharged.

このように、水素ガスを排出するため、容器にかかる負担を低減することができる。その結果、高圧に耐えうる容器を用いたり、水素の発生を抑えるために製造量を減らして低圧で製造したりする必要をなくし、工業的な有用性を高めることができる。また、アンモニアガスをトラップするため、反応物質であるアンモニアが系外に排出されず経済的である。   Thus, since hydrogen gas is discharged, the burden on the container can be reduced. As a result, it is not necessary to use a container that can withstand high pressure, or to reduce the amount of production to produce hydrogen at a low pressure in order to suppress the generation of hydrogen, thereby increasing industrial utility. Further, since ammonia gas is trapped, the reactant ammonia is not discharged out of the system, which is economical.

(2)また、本発明の金属アミドの製造方法は、前記反応容器に封入される金属がLi、Na、K、Be、Mg、Ca、Sr、BaおよびEuから選ばれた1種または2種以上の化合物であることを特徴としている。このように本発明の製造方法は、多数の金属およびその化合物に対して有効である。   (2) Further, in the method for producing a metal amide of the present invention, the metal enclosed in the reaction vessel is one or two selected from Li, Na, K, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Eu. It is characterized by being the above compound. Thus, the production method of the present invention is effective for many metals and their compounds.

(3)また、本発明の金属アミドの製造方法は、前記反応容器を−77℃以上−35℃以下で冷却する工程を更に含み、前記反応容器の冷却後に、アンモニアを導入することを特徴としている。このように、−35℃以下で冷却するため短時間でアンモニアが液化する。また一方で、−77℃以上で冷却するためアンモニアが固化しない。その結果、短時間で金属を溶解させることができる。   (3) Moreover, the method for producing a metal amide of the present invention further includes a step of cooling the reaction vessel at a temperature of −77 ° C. or more and −35 ° C. or less, and ammonia is introduced after the reaction vessel is cooled. Yes. Thus, since it cools below -35 degreeC, ammonia liquefies in a short time. On the other hand, ammonia is not solidified because it is cooled at -77 ° C or higher. As a result, the metal can be dissolved in a short time.

(4)また、本発明の金属アミドの製造方法は、前記反応容器から排出されるガスを−77℃以上−35℃以下で冷却し、アンモニアガスをトラップすることを特徴としている。このように、排出されるガスを−35℃以下で冷却するためアンモニアが完全に液化し、水素ガスと完全に分離でき、系外へのアンモニアガスの放出を防止できる。また、−77℃以上で冷却するため、アンモニアガスの固化により生じる配管の閉塞を防止できる。   (4) Moreover, the method for producing a metal amide of the present invention is characterized in that the gas discharged from the reaction vessel is cooled at −77 ° C. or higher and −35 ° C. or lower, and ammonia gas is trapped. In this way, since the discharged gas is cooled at −35 ° C. or lower, ammonia is completely liquefied and can be completely separated from hydrogen gas, and release of ammonia gas to the outside of the system can be prevented. Moreover, since it cools at -77 degreeC or more, the obstruction | occlusion of the piping which arises by solidification of ammonia gas can be prevented.

(5)また、本発明の金属アミドの製造方法は、液化されたときに、体積比で前記封入された金属の10倍以上50倍以下となるアンモニアを前記反応容器に導入することを特徴としている。このように、金属の10倍量以上のアンモニアを導入するため、アンモニアに対する溶解金属の濃度を低く抑えることができ、攪拌効率を向上させることができる。また、金属の50倍量以下のアンモニアを導入するため、釜効率が向上し工業的な効果を高めることができる。   (5) Moreover, the method for producing a metal amide according to the present invention is characterized in that when liquefied, ammonia is introduced into the reaction vessel at a volume ratio of 10 to 50 times that of the enclosed metal. Yes. As described above, since the ammonia is introduced in an amount 10 times or more that of the metal, the concentration of the dissolved metal relative to the ammonia can be kept low, and the stirring efficiency can be improved. Moreover, since ammonia which is 50 times the amount of metal or less is introduced, the pot efficiency is improved and the industrial effect can be enhanced.

(6)また、本発明の金属アミドの製造方法は、前記反応容器の内部を−20℃以上100℃以下に維持し、前記反応を進行させることを特徴としている。このように、反応容器の内部を−20℃以上に維持するため、反応速度を増加させ工業的な効果を高めることができる。また、反応容器の内部を100℃以下に維持するため、アンモニアの蒸気圧を低く抑え、反応容器への負担を低減できる。   (6) Moreover, the manufacturing method of the metal amide of this invention is characterized by maintaining the inside of the said reaction container at -20 degreeC or more and 100 degrees C or less, and making the said reaction advance. Thus, since the inside of the reaction vessel is maintained at −20 ° C. or higher, the reaction rate can be increased and the industrial effect can be enhanced. Moreover, since the inside of the reaction vessel is maintained at 100 ° C. or lower, the vapor pressure of ammonia can be kept low, and the burden on the reaction vessel can be reduced.

(7)また、本発明の金属アミド製造装置は、金属とアンモニアとを反応させて金属アミドを生成する金属アミド製造装置であって、内部の温度調整が可能な反応容器と、前記反応容器に接続され、前記反応により生成される水素を排出する水素排出路と、を備え、前記水素排出路は、その経路上にアンモニアガスを液化させるトラップを有することを特徴としている。このように、水素ガスを排出するため、容器にかかる負担を低減することができる。その結果、高圧に耐えうる容器を用いたり、水素の発生を抑えるために製造量を減らして低圧で製造したりする必要をなくし、工業的な有用性を高めることができる。また、アンモニアガスをトラップするため、反応物質であるアンモニアが系外に排出されず経済的である。   (7) Moreover, the metal amide production apparatus of the present invention is a metal amide production apparatus for producing a metal amide by reacting a metal with ammonia, and a reaction vessel capable of adjusting an internal temperature, and the reaction vessel. And a hydrogen discharge path for discharging hydrogen produced by the reaction, and the hydrogen discharge path has a trap for liquefying ammonia gas on the path. Thus, since hydrogen gas is discharged, the burden on the container can be reduced. As a result, it is not necessary to use a container that can withstand high pressure, or to reduce the amount of production to produce hydrogen at a low pressure in order to suppress the generation of hydrogen, thereby increasing industrial utility. Further, since ammonia gas is trapped, the reactant ammonia is not discharged out of the system, which is economical.

本発明によれば、容器にかかる負担を低減でき、工業的な有用性を高めることができる。   According to the present invention, the burden on the container can be reduced, and industrial utility can be enhanced.

本発明に係る金属アミド製造装置の断面図である。It is sectional drawing of the metal amide manufacturing apparatus which concerns on this invention. 金属アミドの製造工程の一場面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one scene of the manufacturing process of metal amide. 金属アミドの製造工程の一場面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one scene of the manufacturing process of metal amide.

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the respective drawings, and duplicate descriptions are omitted.

(金属アミド)
本発明の金属アミドは、金属種とアンモニアが化合することで生成される。金属種としては、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、べリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ユーロピウム(Eu)から選ばれた1種もしくは2種以上の化合物で構成される化合物が挙げられる。
(Metal amide)
The metal amide of the present invention is produced by a combination of a metal species and ammonia. As metal species, lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), europium (Eu) The compound comprised by 1 type, or 2 or more types of compounds chosen from these is mentioned.

そして、生成される金属アミドとしては、リチウムアミド(LINH)、ナトリウムアミド(NaNH)、カリウムアミド(KNH)、ベリウムアミド(Be(NH)、マグネシウムアミド(Mg(NH)、カルシウムアミド(Ca(NH)、ストロンチウムアミド(Sr(NH)、バリウムアミド(Ba(NH)、ユーロピウムアミド(Eu(NH)から選ばれた1種もしくは2種以上の化合物を含むものが挙げられる。 As the metal amide to be generated, lithium amide (LINH 2 ), sodium amide (NaNH 2 ), potassium amide (KNH 2 ), belium amide (Be (NH 2 ) 2 ), magnesium amide (Mg (NH 2 ) 2 ), Calcium amide (Ca (NH 2 ) 2 ), strontium amide (Sr (NH 2 ) 2 ), barium amide (Ba (NH 2 ) 2 ), europium amide (Eu (NH 2 ) 2 ) The thing containing a seed | species or 2 or more types of compounds is mentioned.

(金属アミド製造装置)
金属アミドの生成には、金属とアンモニアとを反応させる金属アミド製造装置を用いることができる。図1は、金属アミド製造装置100の断面図である。金属アミド製造装置100は、反応容器110、水素排出路120を備えている。
(Metal amide production equipment)
For the production of the metal amide, a metal amide production apparatus for reacting a metal with ammonia can be used. FIG. 1 is a cross-sectional view of a metal amide manufacturing apparatus 100. The metal amide manufacturing apparatus 100 includes a reaction vessel 110 and a hydrogen discharge path 120.

反応容器110は、蓋111および容器本体112により構成され、蓋111は、金属粉粒体を封入できるように開閉可能となっている。反応容器110は、ステンレス製容器、ガラス製容器、ガラスライニング製容器またはテフロン(登録商標)製容器等の耐圧容器であることが好ましい。また、不純物の混入が少ないガラス製容器、ガラスライニング製容器であればさらに好ましい。また、反応容器110は、温度調整機能として温度調整部(図示せず)を有し、内部の温度調整が可能となっている。温度調整部には、たとえば熱交換器を用いることができる。反応容器110内には、攪拌部材151が配置されている。攪拌部材151としては、たとえばマグネチックスターラーが用いられる。なお、装置の規模が大きい場合には、攪拌器を用いることが好ましい。   The reaction container 110 includes a lid 111 and a container main body 112, and the lid 111 can be opened and closed so as to enclose a metal powder. The reaction vessel 110 is preferably a pressure vessel such as a stainless steel vessel, a glass vessel, a glass lining vessel, or a Teflon (registered trademark) vessel. Further, a glass container or a glass lining container with less contamination of impurities is more preferable. Moreover, the reaction container 110 has a temperature adjustment part (not shown) as a temperature adjustment function, and internal temperature adjustment is possible. For example, a heat exchanger can be used for the temperature adjustment unit. A stirring member 151 is disposed in the reaction vessel 110. As the stirring member 151, for example, a magnetic stirrer is used. In addition, when the scale of an apparatus is large, it is preferable to use a stirrer.

水素排出路120は、その一端が反応容器110に接続され、他端が大気中に開放されることで反応により生成される水素を排出する。水素排出路120は、ガス流通管121およびトラップ130により構成されている。水素ガスは、ガス流通管121およびトラップ130を経由して外部に放出される。ガス流通管121は、反応容器110内に挿入されており、トラップ130に接続されている。ガス流通管121は、バルブ160を有し、圧力計170およびアンモニア導入管140に接続されている。   One end of the hydrogen discharge path 120 is connected to the reaction vessel 110 and the other end is opened to the atmosphere to discharge hydrogen generated by the reaction. The hydrogen discharge path 120 includes a gas flow pipe 121 and a trap 130. Hydrogen gas is discharged to the outside via the gas flow pipe 121 and the trap 130. The gas flow pipe 121 is inserted into the reaction vessel 110 and connected to the trap 130. The gas flow pipe 121 has a valve 160 and is connected to the pressure gauge 170 and the ammonia introduction pipe 140.

バルブ160は、ガスの排出用に設けられており、ガス排出の必要に応じて開閉可能となっている。圧力計170は、反応容器110内の圧力をモニタするために設けられ、たとえば反応容器110内の圧力が異常か否かの検知を可能にしている。また、アンモニア導入管140は、バルブ141を有しており、一端がアンモニア供給源に接続されている。また、他端は、ガス流通管121に接続されている。バルブ141は、アンモニアの導入用に設けられており、アンモニアの導入の必要に応じて開閉可能となっている。   The valve 160 is provided for gas discharge, and can be opened and closed as needed for gas discharge. The pressure gauge 170 is provided to monitor the pressure in the reaction vessel 110 and can detect, for example, whether or not the pressure in the reaction vessel 110 is abnormal. Further, the ammonia introduction pipe 140 has a valve 141, and one end is connected to an ammonia supply source. The other end is connected to the gas flow pipe 121. The valve 141 is provided for introducing ammonia, and can be opened and closed as needed for the introduction of ammonia.

トラップ130は、水素排出路120上に設けられており、アンモニアガスを沸点以下に冷却して液化させ、水素ガスをアンモニアガスから分離する。トラップ130は、分離された水素ガスを排出する排出口132を有している。トラップ130は、少なくとも反応容器110の底より高い位置に設けられ、液化したアンモニアは重力により反応容器110内に戻る仕組みになっている。トラップ130は、たとえば図1に示すようなデュワー冷却器であり、冷媒を保持する凹部133を有している。なお、トラップ130として、熱交換器、ジムロート冷却器、リービッヒ冷却器等を用いてもよい。   The trap 130 is provided on the hydrogen discharge path 120 and cools the ammonia gas below the boiling point to liquefy it, thereby separating the hydrogen gas from the ammonia gas. The trap 130 has a discharge port 132 for discharging the separated hydrogen gas. The trap 130 is provided at a position at least higher than the bottom of the reaction vessel 110, and the liquefied ammonia is returned to the reaction vessel 110 by gravity. The trap 130 is a dewar cooler as shown in FIG. 1, for example, and has a recess 133 that holds the refrigerant. As the trap 130, a heat exchanger, a Dimroth cooler, a Liebig cooler, or the like may be used.

(金属アミドの製造方法)
次に、本発明に係る金属アミドの製造方法を説明する。図2Aおよび図2Bは、それぞれ金属アミドの製造工程の一場面を示す断面図である。まず、反応容器110に粉粒体の金属150を封入する。その際には、金属が酸化しないよう不活性ガス雰囲気等、金属150が空気に触れない雰囲気において封入する。その後、反応容器110内を真空排気し、図2Aに示すようにドライアイス−メタノール等の冷媒131により反応容器110内を冷却する。
(Method for producing metal amide)
Next, a method for producing a metal amide according to the present invention will be described. FIG. 2A and FIG. 2B are cross-sectional views each showing one scene of a production process of a metal amide. First, powder metal 150 is sealed in reaction vessel 110. At that time, the metal 150 is sealed in an atmosphere where the metal 150 does not come into contact with air, such as an inert gas atmosphere so that the metal is not oxidized. Thereafter, the inside of the reaction vessel 110 is evacuated, and the inside of the reaction vessel 110 is cooled by a refrigerant 131 such as dry ice-methanol as shown in FIG. 2A.

冷却温度は、−77℃以上−35℃以下が好ましい。−35℃より高い温度では液化するまでに長時間を要し、−77℃より低い温度ではアンモニアが固化し、金属150の溶解に時間を要するため好ましくない。また、冷却しすぎるとエネルギーの無駄にもなる。反応容器110の冷却後に、バルブ160を閉じた状態でバルブ141を開けてアンモニアを導入する(図2A)。図2Aに示す矢印は、アンモニアガスの流れを示している。   The cooling temperature is preferably −77 ° C. or higher and −35 ° C. or lower. If the temperature is higher than −35 ° C., it takes a long time to liquefy, and if the temperature is lower than −77 ° C., ammonia is solidified and it takes time to dissolve the metal 150, which is not preferable. Moreover, if it cools too much, it will also be a waste of energy. After the reaction vessel 110 is cooled, ammonia is introduced by opening the valve 141 with the valve 160 closed (FIG. 2A). The arrows shown in FIG. 2A indicate the flow of ammonia gas.

次に、図2Bに示すように、導入されたアンモニアを液化させ、液化アンモニアと金属150との混合液155を作製する。そして、攪拌部材151を用いて混合液155を攪拌して、封入された金属150と液化されたアンモニアとを反応させる。このとき用いるアンモニア量は、溶媒としても用いられるので金属150に対し、体積比で10倍量以上50倍量以下が好ましく、10倍量以上30倍量以下がさらに好ましい。10倍量以下では金属溶解後の濃度が高すぎて攪拌効率が悪く、50倍量以上では釜効率が悪くなるためである。このように金属アミドの製造の際に水素ガスが発生するが、バルブ141を閉じた状態でバルブ160を開けて、水素ガスを系外に排出する。図2Bに示す矢印は、水素ガスの流れを示している。   Next, as shown in FIG. 2B, the introduced ammonia is liquefied to produce a mixed solution 155 of liquefied ammonia and metal 150. And the liquid mixture 155 is stirred using the stirring member 151, and the enclosed metal 150 and liquefied ammonia are made to react. Since the amount of ammonia used at this time is also used as a solvent, it is preferably 10 times or more and 50 times or less, more preferably 10 times or more and 30 times or less of the metal 150 by volume. This is because if the amount is 10 times or less, the concentration after dissolution of the metal is too high and the stirring efficiency is poor, and if it is 50 times or more, the pot efficiency becomes bad. As described above, hydrogen gas is generated during the production of the metal amide. The valve 160 is opened with the valve 141 closed, and the hydrogen gas is discharged out of the system. The arrows shown in FIG. 2B indicate the flow of hydrogen gas.

水素ガスは、水素排出路120を介して排出される。水素排出路120内のトラップ130は、ドライアイス−メタノール等の冷媒131によりアンモニアの沸点以下に冷却されており、このトラップ130により、アンモニアガスは液化される。したがって、水素ガスとアンモニアガスとを分離できる。このように反応容器110内のガスのうち、アンモニアガスをトラップし、水素ガスを排出しつつ、反応を進行させる。トラップ130の冷却温度は、アンモニアガスの沸点以下の−77℃以上−35℃以下が好ましい。−35℃より高い温度ではアンモニアガスが完全に液化しないため、水素ガスをアンモニアガスから完全に分離できず、系外にアンモニアガスが排出される。また、−77℃より低い温度では、アンモニアガスが配管内で固化し、閉塞するため好ましくない。   Hydrogen gas is discharged through the hydrogen discharge path 120. The trap 130 in the hydrogen discharge path 120 is cooled below the boiling point of ammonia by a refrigerant 131 such as dry ice-methanol, and the ammonia gas is liquefied by the trap 130. Therefore, hydrogen gas and ammonia gas can be separated. In this way, among the gases in the reaction vessel 110, the ammonia gas is trapped and the reaction is advanced while the hydrogen gas is discharged. The cooling temperature of the trap 130 is preferably −77 ° C. or higher and −35 ° C. or lower which is lower than the boiling point of ammonia gas. At a temperature higher than −35 ° C., the ammonia gas is not completely liquefied, so the hydrogen gas cannot be completely separated from the ammonia gas, and the ammonia gas is discharged out of the system. Further, at a temperature lower than −77 ° C., the ammonia gas is solidified in the pipe and is blocked, which is not preferable.

金属150と液化アンモニアとの反応温度は、−20℃以上100℃以下が好ましく、−20℃以上50℃以下がさらに好ましい。−20℃より小さい温度で反応させると反応速度が遅くなり効率が低下する。また、100℃より高い温度では、アンモニアの蒸気圧が高く反応容器の耐圧が必要となりコスト増や効率の低下を招く。金属と液化アンモニアとの反応時間は、特に限定されるものではないが、1時間以上が好ましい。1時間より少ないと未反応の金属が残り好ましくない。このようにして製造した金属アミドは、未反応分の液体アンモニアを系外に排出することで回収できる。系外に排出したアンモニアガスはそのまま排気してもよいが、液化回収することで再利用することができる。このようにして、製造された金属アミドは、LEDの原料や水素貯蔵材料の原料として広い用途に用いることができる。   The reaction temperature between the metal 150 and liquefied ammonia is preferably −20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and more preferably −20 ° C. or higher and 50 ° C. or lower. When the reaction is carried out at a temperature lower than −20 ° C., the reaction rate becomes slow and the efficiency decreases. Further, at a temperature higher than 100 ° C., the vapor pressure of ammonia is high and the pressure resistance of the reaction vessel is required, resulting in an increase in cost and a decrease in efficiency. Although the reaction time of a metal and liquefied ammonia is not specifically limited, 1 hour or more is preferable. If it is less than 1 hour, unreacted metal remains, which is not preferable. The metal amide thus produced can be recovered by discharging the unreacted liquid ammonia out of the system. The ammonia gas discharged out of the system may be exhausted as it is, but can be reused by liquefying and collecting. Thus, the produced metal amide can be used for a wide range of applications as a raw material for LEDs and a raw material for hydrogen storage materials.

次に、本発明の実施例と比較例について説明する。   Next, examples and comparative examples of the present invention will be described.

(実施例1)
反応容器110として、耐圧が2MPaの96mlのガラス製耐圧容器(ハイパーグラス、耐圧硝子工業社製)を用い、トラップ130としてステンレス製のデュワー冷却器を用いた。反応容器110内には、攪拌部材151としてのマグネチックスターラーを配置した。
Example 1
As the reaction vessel 110, a 96 ml glass pressure vessel (Hyperglass, pressure glass industry) having a pressure resistance of 2 MPa was used, and a stainless steel dewar cooler was used as the trap 130. A magnetic stirrer as a stirring member 151 was disposed in the reaction vessel 110.

まず、高純度アルゴングローブボックス内でカルシウム(Ca)を1.5003g計り取り、反応容器110に封入した。続いて、この反応容器110内を真空排気した後、ドライアイス−メタノールで反応容器110およびトラップ130を冷却した。冷却後、液化アンモニアが30ml(20.826g)になるように反応容器110にアンモニアガスを導入した。   First, 1.5003 g of calcium (Ca) was measured in a high-purity argon glove box and sealed in a reaction vessel 110. Subsequently, after the inside of the reaction vessel 110 was evacuated, the reaction vessel 110 and the trap 130 were cooled with dry ice-methanol. After cooling, ammonia gas was introduced into the reaction vessel 110 so that the amount of liquefied ammonia was 30 ml (20.826 g).

そして、アンモニアガスの導入により得られた液化アンモニアと金属との混合液を攪拌部材151で攪拌しながら室温まで昇温した。この時の反応容器110内の内圧は0.91MPaであった。そして、反応が進行するにつれ白色の固体が析出した。反応は3時間で終了した。反応終了後、反応容器110内のアンモニアを排気し、残った試料を高純度アルゴングローブボックス内で回収した。回収した試料は白色固体であり、その質量は2.4230g(収率89.7%)であった。そして、トラップ130から排出されたガスをガスクロマトグラフィーで分析したところ、水素のみが検出された。   The mixture of liquefied ammonia and metal obtained by introducing ammonia gas was heated to room temperature while stirring with the stirring member 151. At this time, the internal pressure in the reaction vessel 110 was 0.91 MPa. As the reaction progressed, a white solid precipitated. The reaction was completed in 3 hours. After completion of the reaction, the ammonia in the reaction vessel 110 was evacuated, and the remaining sample was collected in a high purity argon glove box. The collected sample was a white solid, and its mass was 2.4230 g (yield 89.7%). And when the gas discharged | emitted from the trap 130 was analyzed by the gas chromatography, only hydrogen was detected.

(実施例2)
実施例1と同じ装置を用い、原料にマグネシウム(Mg)1.0829gを用いた以外は、実施例1と同様の手順で混合までの操作を行った。そして混合液をマグネチックスターラーで攪拌しながら室温まで昇温し、3時間反応させた。反応終了後、反応容器110内のアンモニアを排気し、残った試料は高純度アルゴングローブボックス内で回収した。回収した試料は白色固体であり、その質量は2.259g(収率90.0%)であった。トラップ130から排出されたガスをガスクロマトグラフィーで分析したところ、水素のみが検出された。
(Example 2)
Using the same apparatus as in Example 1, except that 1.0829 g of magnesium (Mg) was used as a raw material, operations up to mixing were performed in the same procedure as in Example 1. The mixture was heated to room temperature while stirring with a magnetic stirrer and allowed to react for 3 hours. After completion of the reaction, the ammonia in the reaction vessel 110 was evacuated, and the remaining sample was collected in a high purity argon glove box. The collected sample was a white solid, and its mass was 2.259 g (yield 90.0%). When the gas discharged from the trap 130 was analyzed by gas chromatography, only hydrogen was detected.

(実施例3)
実施例1と同じ装置を用い、原料にリチウム(Li)1.0004gを用いた以外は、実施例1と同様の手順で混合までの操作を行った。そして、混合液を攪拌部材151で攪拌しながら室温まで昇温し、3時間反応させた。この時の反応容器110の内圧は0.91MPaであった。反応終了後、反応容器110内のアンモニアは排気し、試料は高純度アルゴングローブボックス内で回収した。回収した試料は白色固体であり、その質量は2.8103g(収率84.9%)であった。トラップ130から排出されたガスをガスクロマトグラフィーで分析したところ、水素のみが検出された。
(Example 3)
The same apparatus as in Example 1 was used, and operations up to mixing were performed in the same procedure as in Example 1 except that 1.0004 g of lithium (Li) was used as a raw material. The mixture was heated to room temperature while stirring with the stirring member 151 and reacted for 3 hours. At this time, the internal pressure of the reaction vessel 110 was 0.91 MPa. After completion of the reaction, the ammonia in the reaction vessel 110 was evacuated, and the sample was collected in a high purity argon glove box. The collected sample was a white solid, and its mass was 2.8103 g (yield 84.9%). When the gas discharged from the trap 130 was analyzed by gas chromatography, only hydrogen was detected.

(比較例1)
トラップ130が無く、水素ガスの排出口132を閉じている以外は、実施例1と同様の装置を用いた。高純度アルゴングローブボックス内でカルシウム(Ca)を1.4982g計り取り、反応容器110に封入した。続いて、反応容器110を真空排気した後、反応容器110内をドライアイス−メタノールで冷却した。冷却後、液化アンモニアが30mlになるようにアンモニアガスを導入した。これを攪拌部材151で攪拌しながら室温まで昇温した。昇温開始と同時に内圧は上昇し、1.9MPa以上となったため途中で中断した。
(Comparative Example 1)
An apparatus similar to that of Example 1 was used except that the trap 130 was not provided and the hydrogen gas outlet 132 was closed. In a high-purity argon glove box, 1.4982 g of calcium (Ca) was measured and sealed in the reaction vessel 110. Subsequently, after the reaction vessel 110 was evacuated, the inside of the reaction vessel 110 was cooled with dry ice-methanol. After cooling, ammonia gas was introduced so that the liquefied ammonia was 30 ml. While stirring this with the stirring member 151, the temperature was raised to room temperature. The internal pressure increased at the same time as the start of temperature increase, and since it became 1.9 MPa or more, it was interrupted.

(比較例2)
比較例1と同様の装置を用い、カルシウム(Ca)0.5003gを用いた以外は、比較例1と同様の手順で混合までの操作を行った。そして、混合液を攪拌部材151で攪拌しながら室温まで昇温した。この時の反応容器110の内圧は0、90MPaであった。反応が進行するにつれ青白色の固体が析出した。反応は12時間で終了した。反応終了後、反応容器110内のアンモニアは排気し、試料を高純度アルゴングローブボックス内で回収した。回収した試料は青白色固体であり、その質量は0.8095g(収率89.9%)であった。反応時間が長いのは、密閉系では水素が存在することにより反応速度が遅いためと考えられる。また、得られた青白色の固体については、固体の色が実施例1〜3で得られるものの色とは異なることから少量のカルシウム(Ca)が残留していると考えられる。
(Comparative Example 2)
Using the same apparatus as in Comparative Example 1 and using 0.5003 g of calcium (Ca), operations up to mixing were performed in the same procedure as in Comparative Example 1. Then, the mixture was heated to room temperature while being stirred by the stirring member 151. At this time, the internal pressure of the reaction vessel 110 was 0, 90 MPa. As the reaction proceeded, a pale white solid precipitated. The reaction was complete in 12 hours. After completion of the reaction, the ammonia in the reaction vessel 110 was evacuated, and the sample was collected in a high purity argon glove box. The collected sample was a pale white solid, and its mass was 0.8095 g (yield 89.9%). The long reaction time is thought to be due to the slow reaction rate due to the presence of hydrogen in the closed system. Moreover, about the obtained blue-white solid, since the color of a solid differs from the color of what is obtained in Examples 1-3, it is thought that a small amount of calcium (Ca) remains.

(実施例のまとめ)
以上の実施例および比較例により、原料の金属としてカルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)およびリチウム(Li)を用いて、反応容器110内の圧力上昇を抑えながら反応を進め、各金属アミドを得ることができ、本発明に係る金属アミドの製造方法が有効であることが実証された。また、その他の金属でも、ストロンチウム(Sr)やバリウム(Ba)等の液化アンモニアに溶ける金属であれば同様に反応を進めることができると考えられる。また、比較例によれば、水素排出路120にトラップ130を設けない装置で反応を進めると、排出口132を塞いだ場合には反応容器110内の圧力が高くなりすぎたり、水素ガスの存在により効率が低下し、金属が残留して金属アミドの純度が低下したりすることが分かった。
(Summary of Examples)
According to the above examples and comparative examples, calcium (Ca), magnesium (Mg), and lithium (Li) are used as the raw material metals, and the reaction proceeds while suppressing an increase in pressure in the reaction vessel 110 to obtain each metal amide. It was proved that the method for producing a metal amide according to the present invention is effective. Further, with other metals, it is considered that the reaction can proceed in the same manner as long as the metal is soluble in liquefied ammonia such as strontium (Sr) and barium (Ba). In addition, according to the comparative example, when the reaction proceeds with an apparatus that does not include the trap 130 in the hydrogen discharge path 120, when the discharge port 132 is blocked, the pressure in the reaction vessel 110 becomes too high or the presence of hydrogen gas exists. As a result, the efficiency was lowered, and the metal remained and the purity of the metal amide was lowered.

100 金属アミド製造装置
110 反応容器
111 蓋
112 容器本体
120 水素排出路
121 ガス流通管
130 トラップ
131 冷媒
132 排出口
133 凹部
140 アンモニア導入管
141 バルブ
150 金属
151 攪拌部材
155 混合液
160 バルブ
170 圧力計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Metal amide manufacturing apparatus 110 Reaction container 111 Lid 112 Container main body 120 Hydrogen discharge channel 121 Gas distribution pipe 130 Trap 131 Refrigerant 132 Outlet 133 Recess 140 Ammonia introduction pipe 141 Valve 150 Metal 151 Stirring member 155 Mixing liquid 160 Valve 170 Pressure gauge

Claims (7)

金属とアンモニアとを反応させて金属アミドを生成する金属アミドの製造方法であって、
反応容器に金属を封入する工程と、
前記反応容器にアンモニアを導入し液化させる工程と、
前記反応容器内を攪拌して、前記封入された金属と前記液化されたアンモニアとを反応させる工程と、を含み、
前記反応容器内のガスのうち、アンモニアガスをトラップし、水素ガスを排出しつつ、前記反応を進行させることを特徴とする金属アミドの製造方法。
A method for producing a metal amide by reacting a metal with ammonia to form a metal amide,
Enclosing a metal in a reaction vessel;
Introducing ammonia into the reaction vessel and liquefying;
Stirring the inside of the reaction vessel and reacting the encapsulated metal and the liquefied ammonia,
A method for producing a metal amide, wherein ammonia gas is trapped from the gas in the reaction vessel and hydrogen gas is discharged to advance the reaction.
前記反応容器に封入される金属がLi、Na、K、Be、Mg、Ca、Sr、BaおよびEuから選ばれた1種または2種以上の化合物であることを特徴とする請求項1記載の金属アミドの製造方法。   The metal enclosed in the reaction vessel is one or more compounds selected from Li, Na, K, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Eu. A method for producing a metal amide. 前記反応容器を−77℃以上−35℃以下で冷却する工程を更に含み、
前記反応容器の冷却後に、アンモニアを導入することを特徴とする請求項1または請求項2記載の金属アミドの製造方法。
Further comprising the step of cooling the reaction vessel at -77 ° C or higher and -35 ° C or lower,
The method for producing a metal amide according to claim 1 or 2, wherein ammonia is introduced after the reaction vessel is cooled.
前記反応容器から排出されるガスを−77℃以上−35℃以下で冷却し、アンモニアガスをトラップすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の金属アミドの製造方法。   The method for producing a metal amide according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas discharged from the reaction vessel is cooled at -77 ° C or higher and -35 ° C or lower to trap ammonia gas. 液化されたときに、体積比で前記封入された金属の10倍以上50倍以下となるアンモニアを前記反応容器に導入することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の金属アミドの製造方法。   The metal according to any one of claims 1 to 4, wherein when liquefied, ammonia is introduced into the reaction vessel in an amount of 10 to 50 times that of the enclosed metal in a volume ratio. Method for producing amide. 前記反応容器の内部を−20℃以上100℃以下に維持し、前記反応を進行させることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の金属アミドの製造方法。   The method for producing a metal amide according to any one of claims 1 to 5, wherein the inside of the reaction vessel is maintained at -20 ° C or higher and 100 ° C or lower to advance the reaction. 金属とアンモニアとを反応させて金属アミドを生成する金属アミド製造装置であって、
内部の温度調整が可能な反応容器と、
前記反応容器に接続され、前記反応により生成される水素を排出する水素排出路と、を備え、
前記水素排出路は、その経路上にアンモニアガスを液化させるトラップを有することを特徴とする金属アミド製造装置。
A metal amide production apparatus for producing a metal amide by reacting a metal and ammonia,
A reaction vessel capable of adjusting the internal temperature,
A hydrogen discharge path connected to the reaction vessel and discharging hydrogen generated by the reaction,
The metal amide production apparatus, wherein the hydrogen discharge passage has a trap for liquefying ammonia gas on the passage.
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