JP5830149B2 - 硝酸還元方法、硝酸還元触媒、硝酸還元電極、燃料電池、及び水処理装置 - Google Patents
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Description
前記炭素系材料を備える硝酸還元電極をカソードとして用いて前記水溶液に電圧を印加する工程とを含む。
前記水溶液に亜硝酸イオンを添加する工程を更に含む。
このような硝酸還元電極を用いることで、窒素化合物を含有する水を処理して窒素ガスを発生させることにより水中の窒素化合物を効率良く除去する電気化学的デバイスを構成することが、可能となる。
また、アノード13上では、例えば下記に示すような酸化反応が進行する。
これにより、被処理液11中の窒素化合物が除去される。このように構成される水処理装置1では、カソード14が本実施形態による硝酸還元電極で構成されているため、硝酸還元反応が効率良く進行し、このため処理効率が向上する。
この反応により放出された電子は、基材23を通じて硝酸還元触媒25上まで移動する。一方、硝酸還元触媒25上では、例えば下記に示すような硝酸還元反応が進行する。
これにより、被処理液21中の窒素化合物が除去される。このように構成される水処理装置2では、本実施形態による炭素系材料からなる硝酸還元触媒25が使用されることで、硝酸還元反応が効率良く進行し、このため処理効率が向上する。
また、アノード33上では、例えば下記に示すような酸化反応が進行する。
このような電気化学的反応により、起電力が生じる。このように構成される燃料電池3では、カソード34が本実施形態による硝酸還元電極で構成されているため、硝酸処理が外部エネルギーの入力なく行える。
容器内で、グラファイト(Wako40mm)3g、濃硫酸138mL、及び硝酸カリウム3.47gを混合することで、混合液を得た。この容器を氷浴につけた状態で、容器内に更に過マンガン酸カリウム12gをゆっくり添加した。続いて、容器内の混合液を40℃で30分攪拌し、続いて容器内にイオン交換水240mLを加え、続いて混合液を90℃に昇温すると共に1時間攪拌した。続いて、容器内にイオン交換水600mL、及び30%過酸化水素水18mLを加えることで、反応を終了させた。続いて、混合液を塩酸及び水で洗浄後してから、透析によってイオンを除去した。更に、混合液に超音波を印加することで、酸化グラフェンを剥離させた。
まず、炭素系材料5mg、エタノール175mL、及び5%Nafion分散液47.5mLを混合し、これにより得られた混合液を超音波分散した。
実施例1の場合と同じ方法により、炭素系材料(グラフェン)を得た。続いて、実施例1の場合と同じ手法により、0.07cm2のGC電極上に炭素系材料を、約100mg/cm2の付着量で付着させることで、電極を作製した。
炭素系材料としてグラファイトを用意した。続いて、実施例1と同じ手法により、0.07cm2のGC電極上に炭素系材料を、約100mg/cm2の付着量で付着させることで、電極を作製した。
炭素系材料としてグラファイトを用意した。続いて、実施例1と同じ手法により、0.07cm2のGC電極上に炭素系材料を、約800mg/cm2の付着量で付着させることで、電極を作製した。
実施例2−1,2−2,2−3の各々で得られた電極を作用極とし、電解液として0.5MのHNO3水溶液を用いて、室温でサイクリックボルタンメトリーをおこなった。
実施例1の場合と同じ方法により、炭素系材料(グラフェン)を得た。続いて、実施例1の場合と同じ手法により、0.07cm2のGC電極上に炭素系材料を、約100mg/cm2の付着量で付着させることで、電極を作製した。
実施例3−1の場合と同じ構成の電極を作用極とし、電解液を0.1MのHNO3水溶液(pH1)に変更して、室温でサイクリックボルタンメトリーをおこなった。その結果を図10中のAに示す。また、この電極を作用極とし、電解液に代えて純水を用い、室温でサイクリックボルタンメトリーをおこなった。その結果を図10中のBに示す。この結果によると、グラフェンを備える電極を用いても、電解液のpHが高くなれば、硝酸還元活性が低くなることが確認された。
実施例3−1の場合と同じ構成の電極を作用極とし、電解液を0.1MのHNO3と5MのH2SO4とを含有する水溶液(pH−0.7)に変更して、室温でサイクリックボルタンメトリーをおこなった。
実施例1の場合と同じ方法により、炭素系材料(グラフェン)を得た。続いて、実施例1の場合と同じ手法により、0.07cm2のGC電極上に炭素系材料を、約100mg/cm2の付着量で付着させることで、電極を作製した。
実施例1の場合と同じ方法により、炭素系材料(グラフェン)を得た。続いて、実施例1の場合と同じ手法により、0.07cm2のGC電極上に炭素系材料を、約100mg/cm2の付着量で付着させることで、電極を作製した。
Claims (10)
- 結晶構造に炭素の欠陥を有するグラフェンを含有する、硝酸還元触媒。
- ラマン分光法により測定されるDバンド/Gバンドの強度比が、1.0以上である、請求項1に記載の硝酸還元触媒。
- 請求項1又は2に記載の硝酸還元触媒を備える、硝酸還元電極。
- 硝酸イオンと亜硝酸イオンのうち少なくとも一方を含有する水溶液が供給される容器と、
前記容器内に配置されるアノードと、
前記容器内に配置されるカソードとを備え、
前記カソードが請求項3に記載の硝酸還元電極である、水処理装置。 - 硝酸イオンと亜硝酸イオンのうち少なくとも一方とアンモニウムイオンとを含有する水溶液が供給される容器と、
前記容器内に配置される導電性の基材と、
前記基材上に担持されている酸化触媒と、
前記基材上に前記酸化触媒に接触することなく担持されている請求項1又は2に記載の硝酸還元触媒とを備える、水処理装置。 - 前記水溶液に亜硝酸イオンを添加する亜硝酸添加手段を備える、請求項4又は5に記載の、水処理装置。
- 前記水溶液のpHを−0.5〜−0.7の範囲に調整するpH調整手段を備える、請求項4〜6のいずれか一項に記載の、水処理装置。
- 硝酸イオンと亜硝酸イオンのうち少なくとも一方と、アンモニウムイオンとを含有する水溶液が供給される容器と、
前記容器内に配置されるアノードと、
前記容器内に配置されるカソードとを備え、
前記カソードが請求項3に記載の硝酸還元電極である燃料電池。 - 前記水溶液に亜硝酸イオンを添加する亜硝酸添加手段を更に備える請求項8に記載の燃料電池。
- 前記水溶液のpHを−0.5〜−0.7の範囲に調整するpH調整手段を備える、請求項8又は9に記載の燃料電池。
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