JP6195832B2 - 電気化学還元装置および芳香族炭化水素化合物または含窒素複素環式芳香族化合物の水素化体の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態に係る電気化学還元装置10の概略構成を示す模式図である。図2は、実施の形態に係る電気化学還元装置10が有する電極ユニット100の概略構成を示す図である。図1に示すように、電気化学還元装置10は、電極ユニット100、電力制御部20、有機物貯蔵槽30、水素ガス発生量測定部36、水貯蔵槽40、気水分離部50、気液分離部52、制御部60および水素ガス回収部210を備える。
<酸素発生用電極での電極反応>
3H2O→1.5O2+6H++6e−:E0=1.23V
<還元電極での電極反応>
トルエン+6H++6e−→メチルシクロヘキサン:E0=0.153V(vs RHE)
すなわち、酸素発生用電極での電極反応と、還元電極での電極反応とが並行して進行し、酸素発生用電極での電極反応によって、水の電気分解により生じたプロトンが電解質膜110を介して還元電極に供給され、還元電極での電極反応において、芳香族化合物の核水素化に利用される。
|電位VCA(実測値)−電位VCA(目標値)|≦許容値・・・(1)
VHER−許容電位差≦VCA(実測値)≦VTRR・・・(2)
上式中、許容値は、例えば、1mVである。
電位VCA(実測値)−電位VCA(目標値)>許容値
の場合には、制御部60は、電圧Vaを1mVだけ上げるように電力制御部20に指示を送る。なお、電圧Vaを上げた結果、|電位VCA(実測値)−電位VCA(目標値)|≦許容値を満たす場合であっても、VCA(実測値)<VHER−許容電位差の場合は、式(2)を満たさないため、次の処理では、制御部60はさらに電圧Vaを1mV下げさせる。このようにして、制御部60は、最終的に式(1)および式(2)を満たすまで電圧Vaを段階的に下げさせる。
の場合には、制御部60は、電圧Vaを1mVだけ下げるように電力制御部20に指示を送る。なお、電圧Vaを下げた結果、|電位VCA(実測値)−電位VCA(目標値)|≦許容値を満たす場合であっても、VCA(実測値)>VTRRの場合は、式(2)を満たさないため、次の処理では、制御部60はさらに電圧Vaを1mV上げさせる。このようにして、制御部60は、最終的に式(1)および式(2)を満たすまで電圧Vaを段階的に上げさせる。
図4は、実施の形態2に係る電気化学還元装置10の概略構成を示す模式図である。図4に示すように、電気化学還元装置10は、電極ユニット集合体200、電力制御部20、有機物貯蔵槽30、水素ガス発生量測定部36、水貯蔵槽40、気水分離部50、気液分離部52、制御部60、電圧検出部114および水素ガス回収部210を備える。電極ユニット集合体200は、複数の電極ユニット100が直列接続された積層構造を有する。本実施の形態では、電極ユニット100の数Nは5であるが、電極ユニット100の数はこれに限定されない。なお、個々の電極ユニット100の構成は実施の形態1と同様である。図4では、電極ユニット100が簡略化されて図示されており、液体拡散層140a、140b、およびセパレータ150a、150が省略されている。
Claims (6)
- イオン伝導性を有する電解質膜と、前記電解質膜の一方の側に設けられ、芳香族炭化水素化合物または含窒素複素環式芳香族化合物を核水素化するための還元触媒を含む還元電極と、前記電解質膜の他方の側に設けられた酸素発生用電極と、を含む電極ユニットと、
前記還元電極が卑な電位、前記酸素発生用電極が貴な電位となるように、前記還元電極と前記酸素発生用電極との間に電圧Vaを印加する電力制御部と、
前記芳香族炭化水素化合物または含窒素複素環式芳香族化合物の核水素化反応と競争する水の電気分解反応より生じる水素ガスの単位時間当たりの発生量F1を測定する水素ガス発生量測定手段と、
水素ガス発生量F1が前記電極ユニットの水素ガス発生量の許容上限値F0より大きい場合に、前記電力制御部による電圧の印加を解除する制御部と、
を備えることを特徴とする電気化学還元装置。 - 前記電解質膜に接し、かつ、前記還元電極および前記酸素発生用電極と電気的に隔離して配置され、参照電極電位VRefに保持される参照電極と、
前記参照電極と前記還元電極との電位差ΔVCAを検出する電圧検出部と、
を更に備え、
前記制御部は、電位差ΔVCAおよび参照電極電位VRefに基づいて、前記還元電極の電位VCAを取得することを特徴とする請求項1に記載の電気化学還元装置。 - イオン伝導性を有する電解質膜と、前記電解質膜の一方の側に設けられ、芳香族炭化水素化合物または含窒素複素環式芳香族化合物を核水素化するための還元触媒を含む還元電極と、前記電解質膜の他方の側に設けられた酸素発生用電極と、を含む複数の電極ユニットが互いに電気的に直列に接続された電極ユニット集合体と、
各電極ユニットの前記還元電極が卑な電位、前記酸素発生用電極が貴な電位となるように、前記電極ユニット集合体の正極端子と負極端子との間に電圧VAを印加する電力制御部と、
前記複数の電極ユニット全体における、前記芳香族炭化水素化合物または含窒素複素環式芳香族化合物の核水素化反応と競争する水の電気分解反応より生じる水素ガスの単位時間当たりの発生量F1’を測定する水素ガス発生量測定手段と、
前記電極ユニット1つ当たりの水素ガス発生量の許容上限値をF0、前記電極ユニットの数をNと表したときに、水素ガス発生量F1’が許容上限値F0×Nより大きい場合に、前記電力制御部による電圧の印加を解除する制御部と、
を備えることを特徴とする電気化学還元装置。 - 前記電極ユニット集合体に含まれるいずれか1つの電極ユニットの電解質膜に接し、かつ、当該電極ユニットの前記還元電極および前記酸素発生用電極と電気的に隔離して配置される参照電極と、
当該電極ユニットの前記参照電極と前記還元電極との電位差ΔVCAを検出する電圧検出部と、
を更に備え、
前記制御部は、電位差ΔVCAおよび参照電極電位VRefに基づいて、当該電極ユニットの前記還元電極の電位VCAを取得することを特徴とする請求項3に記載の電気化学還元装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電気化学還元装置を用い、
前記電極ユニットの前記還元電極側に芳香族炭化水素化合物または含窒素複素環式芳香族化合物を導入し、前記酸素発生用電極側に水または加湿したガスを流通させ、前記還元電極側に導入された芳香族炭化水素化合物または含窒素複素環式芳香族化合物を核水素化することを特徴とする芳香族炭化水素化合物または含窒素複素環式芳香族化合物の水素化体の製造方法。 - 前記還元電極側へ導入する芳香族炭化水素化合物または含窒素複素環式芳香族化合物を、反応温度において液体の状態で前記還元電極側へ導入する、請求項5に記載の芳香族炭化水素化合物または含窒素複素環式芳香族化合物の水素化体の製造方法。
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