JPH0448929A - 光還元反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光エネルギを利用して炭酸ガスを還元する光還
元反応装置に係り、特に、アノード側の反応水槽への精
製水の補給装置に関する。

〔従来の技術〕

炭酸ガスによる地球の温暖化は世界的な問題となってい
る。解決策を大別すると、（１）エネルギの消費量を削
減する。（２）熱効率を向上させる。

（３）排出された炭酸ガスを還元して、メタノール。

メタン、−酸化炭素などに変換して再資源化を図る方法
などが挙げられる１本発明では（３）の方法を可能にす
る光還元反応装置に関する。

炭酸ガスの光還元反応は水の酸化反応に対して活性をも
つ光触媒からなるアノードと炭酸ガスの還元反応に対し
て活性をもつ還元触媒からなるカソードで起こる。アノ
ード側では光触媒、たとえば、白金／二酸化チタンの二
酸化チタンが光を吸収すると価電子帯にあった電子が伝
導帯に励起され、その電子は電子伝導体を通してカソー
ドへ送られ、そこで炭酸ガスの還元反応に使用する。電
子の抜けた後には正の電荷をもったホールが生成し、そ
こが酸化反応のサイトとなって水が酸化される。これら
一連の反応は次の反応式で表わされＴ　　ｉ　　Ｏｚ　
　　　　　　　　ｈ’　　十　ｅ−・・・（１）Ｈ工０
＋２ｈ　　　→２　Ｈ＋　１　／　２０　ｚ　　　　・
・・（２）ＣＯｚ＋　６　Ｈ”＋６　ｅ→ＣＨｓＯＨ＋
Ｈｚ○　・（３）（２）の反応式で生成したＨ＋は液体
電解質（希硫酸）や固体高分子電解質（商品名：ナフィ
オン＠）を介してアノード側からカソード側へ移動する
。上記（１）、　（２）式がアノード側の反応で、水が
酸素に変換される。アノード側では水が反応物質であり
消費量に応じた補給が必要となる補給水中に沈降性物質
や不純物イオンが含まれると運転時間の経過とともに触
媒層に沈降物質の蓄積および不純物イオンによる触媒被
毒等により触媒活性が低下する。沈降性物質や不純物イ
オンを含まない精製水を補給する必要がある。

精製水の補給方法として、補給水タンクに精製水を予め
入れておき反応量に応じて補給する方法、あるいは、イ
オン交換、膜蒸留、加熱蒸留等の精製水製造装置を接続
して、直接、補給する方法がとられている。これら精製
水製造装置は水を加熱するための電力を必要としたり、
装置内の膜や交換樹脂のメンテナンスが必要とする課題
がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記従兄技術の１１題に鑑みてなされたもので
あり、簡易な方法で、がっ、電力を使ねない方法でアノ
ード側に反応物質である精製水を補給できる光還元反応
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は太陽エネルギで蒸
発させて回収した精製水をアノード側反応物質に用いる
。アノード側反応水槽と空間的に連通した補給水槽を設
けて１反応水槽と補給水槽を反応生成物排出通路を備え
た光透過性部材で密閉する。

太陽エネルギで蒸発した補給水槽内の精製水を回収して
反応水槽内へ補給することにより達成される。

〔作用〕

太陽光の熱エネルギを利用して水を蒸発させて、この蒸
発水を回収して製造した精製水をアノード側の反応物質
に利用するため電力を必要としない特徴がでてくる。ア
ノード側反応水槽と連通した補給水槽を備え、反応水槽
と補給水槽に反応生成物排出通路を備えた光透過部材で
密閉し、補給水槽の蒸発水を回収して反応水槽に精製水
を補給する方法をとるため、装置も簡易な構造で製作可
能である。蒸発した水蒸気は補給水槽の上面にある光透
過性部材内壁面で自然凝縮するため回収も容易にできる
。太陽光の照射量が不足して、補給水量に不足が生じた
場合は補給水槽に備えた加熱装置Ｅ＆反応水槽に備えた
液面検知装置を介した制御をとることによりスムーズに
精製水補給の対応が可能である。

光透過性部材はガラス、プラスチックの安価な材料で光
透過性をもつもので十分機能を果すことができる。

光透過性部材を波形状９球形状、三角状にしても光透過
性の機能なそこなうものではない。種々の形状を選定す
ることにより、水の蒸発量、ｉ縮回収量を変えた設計が
できる。

補給水槽内壁面に光吸収用部材をライニングすることに
より、補給水槽に照射される太陽エネルギを効率良く水
蒸発エネルギに利用できる利点がある。光吸収用ライニ
ングは黒色系ゴム、プラスチックシートが使用可能であ
る。

〔実施例〕

〈実施例１〉 本発明の実施例を第１図により説明する。

電解質１を介してアノード２とカソード３を介して光電
極積層体を構成し、アノード２とカソード３は外部回路
により結線されている。必要であれば電源を外部回路中
に設置してもよい、カソード３側に炭酸ガス供給通路１
３と反応生成物、および、未反応炭酸ガス排出通路１４
を設けた炭酸ガス反応槽１２を設置した。アノード２側
に反応水槽４と補給水槽６を設け、雨水槽を仕切板８で
区画した０両水槽の上部に、反応水槽４側が低くなるよ
うに傾斜をつけ、又、上側面に生成ガス排出通路１１を
設けた状態で光透過性部材９ａで密閉した。補給水槽６
に水供給通路１０を設けて光還元反応装置を構成した。

具体的な構成は以下の通りである。

電解質１は厚さ０．１７■のパーフルオロスルフォン酸
膜（商品名ナフィオン１１７）を用い、電解質１を５０
℃に加熱しながら片面にナフィオン１１７の５ｗｔ％分
散液、ナフィオン１１７の５ｗｔ％分散液に白金／二酸
化チタン触媒を８ｗｔ％を分散させた液をスプレして乾
燥後加圧成形し、アノードを形成した。同様にして反対
の面にナフィオン１１７の５ｗｔ％分散液に白金／ルテ
ニウムブラックを８ｗｔ％分散させた液をスプレーして
乾燥後、加圧成形し、カソードを形成した１反応水槽４
および補給水槽６は塩化ビニール樹脂で製作し、光透過
部材９ａは板ガラス（ソーダ石灰ガラス）で構成した０
反応水槽４に希硫酸５を入れ、補給水槽６に水供給通路
１０を通じて水道水７を入れた。

炭酸ガス反応槽１２に炭酸ガスを流し、アノード２側に
太陽光を照射した状態で断続的に試験した。太陽光によ
り補給水槽４の水が蒸発し、光透過部材内壁面で結露し
、傾斜面をったって反応水槽４へ補給された。カソード
側でメタン、ホルムアルデヒド、メタノールが生成した
。試験直後と試験終了直前で反応生成物の生成量に差が
なく、補給した精製水は炭酸ガスの光還元反応を阻害し
なかった。

〈実施例２〉 構成の異なる炭酸ガスの光還元反応装置の実施例髪第２
図に示す０反応水槽４の上面部を反応生成ガス排出通路
１１を設けた光透過性部材９ｂで密閉し、また、側面に
バルブ１６を設けた反応生成物採取管１５が設けられて
いる０反応水槽４の中に炭酸ガス導入管１７の先端に設
けた散気管１８を設置した。一方、上面部を光透過性部
９ｃで蓋った補給水槽６は精製水導入管２２と貯水槽２
１を介して反応水槽と連結した。光透過性部材９ｂ、お
よび、９ｃは、それぞれ、板ガラス（ソーダ石灰ガラス
）、および、透明塩化ビニールシートを用いた０反応水
槽４に希硫酸５（１ｍｏＱ／Ｑ）を入れ、光触媒１９を
浮遊させた。散気管１８より炭酸ガスをバブリングさせ
ながら、光透過性部材９ｂ面に太陽光を照射して反応さ
せた。

補給水供給通路１０より水道水７を補給水槽６に入れた
。太陽光を照射して蒸発させた水蒸気を光透過性部材９
０面で凝縮させた。回収精製水は導入管２２を径で貯水
槽２１に貯めておき１反応水槽に応じてバルブ２０を開
いて補給した。この光還元反応装置でもメタノール、ホ
ルムアゾヒト。

ギ酸、メタンが生成され、アノード側反応物である精製
水の補給機能を果した０本実施例のように補給水槽１１
と補給水槽１２を別々に設置しても容易に補給可能であ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、太陽エネルギを利用して蒸発させた水
蒸気を回収して得た。精製水を炭酸ガス光還元反応物質
として補給する方法であり、電力を必要とせず、製造設
備も簡易であることから経済的メリットが大きく、また
、補給操作を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光還元反応装置の説明図、
第２図は本発明の他の実施例の光還元反塔装置の説明図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アノードに水を酸化する触媒、カソードに炭酸ガス
   を還元する触媒をそれぞれ備えた光還元反応装置におい
   て、 太陽エネルギで蒸発させて回収した精製水を前記アノー
   ド側の反応物質とすることを特徴とする光還元反応装置
   。 ２、アノード側の反応水槽と連通した補給水槽を備え、
   前記反応水槽と前記補給水槽を反応生成物排出通路を備
   えた光透過性部材で密閉し、前記補給水槽の蒸発水を回
   収して前記反応水槽に精製水を補給する請求項１に記載
   の光還元反応装置。 ３、前記補給水槽に加熱装置を備え、前記反応水槽に液
   面検知装置を備え、前記加熱装置を前記液面検知装置を
   介して制御する請求項２に記載の光還元反応装置。 ４、光透過性部材がソーダ石灰ガラス、塩化ビニル樹脂
   、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリ
   カーボネイト樹脂である請求項２に記載の光還元反応装
   置。 ５、光透過性部材が平面状、波形状、円形状、三角状の
   形状である請求項２に記載の光還元反応装置。 ６、光透過性部材を反応水槽側が低くなるように傾斜さ
   せて設けた請求項２に記載の光還元反応装置。 ７、補給水槽内の壁面を光吸収用部材でライニングした
   請求項２に記載の光還元反応装置。 ８、太陽光照射装置を備えたことを特徴とする請求項１
   または２に記載の光還元反応装置。