JP5517439B2 - 窒素化合物の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Dmitry V.Yandulov and Richard R.Schrock、SCIENCE、2003年7月4日、Vol.301、p.76−78
窒素と、窒素以外の原料物質とから窒素化合物を製造する窒素化合物の製造方法であって、少なくとも窒素を含むガスのプラズマと、前記原料物質を含む液体とを接触させることにより、前記窒素化合物を製造することを特徴とする。
(a)前記液体の液面に、プラズマジェットを直接吹き込むこと
(b)プラズマ生成用ガスに流れを起こすとともに、その流れに関し、プラズマ放電領域よりも下流において、前記プラズマを前記液体に直接触れさせること
(c)プラズマ生成用ガスに流れを起こすとともに、その流れに関し、プラズマ放電領域よりも下流において、前記液体を滝状にして落下させることにより、前記プラズマを前記滝状の液体に直接触れさせること
(d)プラズマ生成用ガスに流れを起こすとともに、その流れに関し、プラズマ放電領域よりも下流において、前記液体を噴霧状とし、前記プラズマを前記噴霧状の液体に直接触れさせること
等が挙げられる。
(1)窒素化合物の製造装置
窒素化合物の製造装置1の構成を図1に基づいて説明する。図1は窒素化合物の製造装置1の断面を表す模式図である。窒素化合物の製造装置1は、フラスコ3と、プラズマジェット(プラズマ発生手段)5と、パルス電源9と、冷却管20とを備えている。プラズマジェット5は、棒状の内部電極7と、それを囲む円筒状の外部電極13とを備えており、それらの間には放電領域14が形成されている。また、外部電極13は、その下端に、生成されたプラズマ19を外部(下方)に噴出させるためのプラズマジェットノズル11を備えている。このプラズマジェットノズル11における孔の直径は4mmである。さらに、窒素化合物の製造装置1は、プラズマジェット5の上方における開口部から、その内部に向けてプラズマ生成用のガス15を供給するガス供給手段(図示略)を備えている。
(2)窒素化合物の製造方法
窒素化合物の製造装置1に、プラズマ生成用のガス15として、窒素と水素との混合ガスを供給した。この混合ガスは、窒素の流量毎分30リットルに対して、水素を数%〜10%程度混入したものである。また、フラスコ3に収容する液体17として、純水100mlをフラスコ3に入れた。なお、この純水は、プラズマジェット内(図1において14、18、および19)にて製造された水溶性の窒素化合物を捕集する機能を有する。プラズマジェットノズル11の位置は、その先端が純水の液面から数cm離れるようにした。まず、1分間プラズマを発生させずに、窒素と水素との混合ガスを流し、フラスコ3、及び冷却管20内の気体を、窒素と水素との混合ガスで置換した。その後、大気圧中でプラズマを発生させて数分間運転した。このとき、プラズマ19は、純水中に吹き込まれた。
(1)窒素化合物の製造装置
前記第1の実施形態で使用した製造装置のうち、プラズマジェット5及びパルス電源9のみを用い、プラズマを大気中に噴射可能とした。
(2)窒素化合物の製造方法
プラズマ生成用のガス15として毎分30リットルの窒素を供給した。このとき、窒素プラズマ19は大気中へと噴出された。ノズル11の先端から50mmの位置で、ガス分析器を用いて、噴出された窒素プラズマ19中に含まれるガスの成分を測定したところ、26ppmのNOxが観測された。プラズマ生成用のガス15には酸素が含まれていないことから、これは大気中に噴出された窒素プラズマ19が、大気中の酸素をプラズマ中に巻き込んで反応し、窒素酸化物が生成されたことを示している。
(1)窒素化合物の製造装置
前記第1の実施形態と同様である。
(2)窒素化合物の製造方法
窒素化合物の製造装置1に、プラズマ生成用のガス15として、空気を供給した。空気の流量は毎分30リットルとした。また、フラスコ3に収容する液体17として、純水100mlをフラスコ3に入れた。なお、この純水は、後述するように、反応に関与する。また、純水は、製造された水溶性の窒素化合物を捕集する機能も有する。プラズマジェットノズル11の位置は、その先端が純水の液面すれすれとなるようにした。まず、1分間プラズマを発生させずに空気を流し、フラスコ3、及び冷却管20内の気体を、空気で置換した。その後、大気圧中でプラズマを発生させて5分間運転した。このとき、プラズマは、純水中に吹き込まれた。
(1)窒素化合物の製造装置
前記第1の実施形態と同様である。
(2)窒素化合物の製造方法
窒素化合物の製造装置1に、プラズマ生成用のガス15として、窒素を供給した。窒素の流量は毎分30リットルとした。また、フラスコ3に収容する液体17として、純水100mlをフラスコ3に入れた。なお、この純水は、後述するように、反応に関与する。また、純水は、製造された水溶性の窒素化合物を捕集する機能も有する。プラズマジェットノズル11の位置は、その先端が純水の液面すれすれとなるようにした。まず、1分間プラズマを発生させずに窒素を流し、フラスコ3、及び冷却管20内の気体を、窒素で置換した。その後、大気圧中でプラズマを発生させて5分間運転した。このとき、プラズマ19は、純水中に吹き込まれた。
(1)窒素化合物の製造装置
前記第1の実施形態と同様である。
(2)窒素化合物の製造方法
窒素化合物の製造装置1に、プラズマ生成用のガス15として、窒素を供給した。窒素の流量は毎分30リットルとした。また、フラスコ3に収容する液体17として、純水80mlと純エタノール20mlとを混合した20%エタノール水溶液を、フラスコ3に入れた。なお、この20%エタノール水溶液は、後述するように、反応に関与する。また、20%エタノール水溶液は、製造された水溶性の窒素化合物を捕集する機能も有する。プラズマジェットノズル11の位置は、その先端が20%エタノール水溶液の液面すれすれとなるようにした。まず、1分間プラズマを発生させずに窒素を流し、フラスコ3、及び冷却管20内の気体を、窒素で置換した。その後、大気圧中でプラズマを発生させて5分間運転した。このとき、プラズマ19は、液体17中に吹き込まれた。
(1)窒素化合物の製造装置
前記第1の実施形態と同様である。
(2)窒素化合物の製造方法
窒素化合物の製造装置1に、プラズマ生成用のガス15として、窒素を供給した。窒素の流量は毎分30リットルとした。また、純水80mlと純エタノール20mlとを混合し、さらに、ケイ皮酸100mgを溶かして反応用の液体17を作成した。この液体17を、フラスコ3に入れた。なお、液体17は、後述するように、反応に関与する。また、液体17は、製造された水溶性の窒素化合物を捕集する機能も有する。プラズマジェットノズル11の位置は、その先端が液体17の液面すれすれとなるようにした。まず、1分間プラズマを発生させずに窒素を流し、フラスコ3、及び冷却管20内の気体を、窒素で置換した。その後、大気圧中でプラズマを発生させて5分間運転した。このとき、プラズマ19は、液体17中に吹き込まれた。
(1)窒素化合物の製造装置
前記第1の実施形態と同様である。
(2)窒素化合物の製造方法
窒素化合物の製造装置1に、プラズマ生成用のガス15として、窒素を供給した。窒素の流量は毎分30リットルとした。また、純水80mlと純エタノール20mlとを混合し、さらに、安息香酸100mgを溶かして反応用の液体17を作成した。この液体17を、フラスコ3に入れた。なお、液体17は、後述するように、反応に関与する。また、液体17は、製造された水溶性の窒素化合物を捕集する機能も有する。プラズマジェットノズル11の位置は、その先端が液体17の液面すれすれとなるようにした。まず、1分間プラズマを発生させずに窒素を流し、フラスコ3、及び冷却管20内の気体を、窒素で置換した。その後、大気圧中でプラズマを発生させて5分間運転した。このとき、プラズマ19は、液体17中に吹き込まれた。
により分析した結果、安息香酸アンモニウムの存在が確認された。また、イオンクロマトグラフィにて分析を行ったところ、アンモニウムイオンの存在が確認され、安息香酸アンモニウムの生成が支持された。これらの結果は、上記第6の実施形態と同様に、何らかの化合物を混ぜた液体17を用いることで、その化合物中に窒素を導入し、新たな窒素含有化合物を生成出来ることを示している。
(1)窒素化合物の製造装置
前記第1の実施形態と同様である。
(2)窒素化合物の製造方法
窒素化合物の製造装置1に、プラズマ生成用のガス15として、窒素を供給した。窒素の流量は毎分30リットルとした。また、純水100mlに安息香酸100mgを溶かし、反応用の液体17を作成した。この液体17を、フラスコ3に入れた。なお、液体17は、窒素化合物を生成する反応に関与する。また、液体17は、製造された水溶性の窒素化合物を捕集する機能も有する。プラズマジェットノズル11の位置は、その先端が液体17の液面すれすれとなるようにした。まず、1分間プラズマを発生させずに窒素を流し、フラスコ3、及び冷却管20内の気体を、窒素で置換した。その後、大気圧中でプラズマを発生させて5分間運転した。このとき、プラズマ19は、液体17中に吹き込まれた。
(1)窒素化合物の製造装置
前記第1の実施形態と同様である。
(2)窒素化合物の製造方法
窒素化合物の製造装置1に、プラズマ生成用のガス15として、空気を供給した。空気の流量は毎分30リットルとした。また、純水100mlに安息香酸100mgを溶かし、反応用の液体17を作成した。この液体17を、フラスコ3に入れた。なお、液体17は、窒素化合物を生成する反応に関与する。また、液体17は、製造された水溶性の窒素化合物を捕集する機能も有する。プラズマジェットノズル11の位置は、その先端が液体17の液面すれすれとなるようにした。まず、1分間プラズマを発生させずに空気を流し、フラスコ3、及び冷却管20内の気体を、空気で置換した。その後、大気圧中でプラズマを発生させて5分間運転した。このとき、プラズマ19は、液体17中に吹き込まれた。
5・・・プラズマジェット、7・・・内部電極、9・・・パルス電源、
11・・・プラズマジェットノズル、13・・・外部電極、14・・・放電領域、
15・・・プラズマ生成用のガス、17・・・液体、19・・・プラズマ、
20・・・冷却管、20a、20b・・・端部、21・・・入口、22・・・出口、
23・・・流路
Claims (5)
- 窒素と、窒素以外の原料物質とから窒素化合物を製造する窒素化合物の製造方法であって、
少なくとも窒素及び酸素を含むガスのプラズマと、前記原料物質である水を含む液体とを接触させることにより、亜硝酸及び/又は硝酸を含む前記窒素化合物を製造することを特徴とする窒素化合物の製造方法。 - 窒素と、窒素以外の原料物質とから窒素化合物を製造する窒素化合物の製造方法であって、
少なくとも窒素を含むガスのプラズマと、前記原料物質である水及びアルコールを含む液体とを接触させることにより、アンモニアを含む前記窒素化合物を製造することを特徴とする窒素化合物の製造方法。 - 窒素と、窒素以外の原料物質とから窒素化合物を製造する窒素化合物の製造方法であって、
少なくとも窒素を含むガスのプラズマと、前記原料物質である有機化合物を含む液体とを接触させることにより、前記窒素化合物を製造することを特徴とする窒素化合物の製造方法。 - 前記プラズマは、高繰り返しパルス放電により発生させた大気圧プラズマであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の窒素化合物の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の窒素化合物の製造方法に使用される窒素化合物の製造装置であって、前記ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段を備えることを特徴とする窒素化合物の製造装置。
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