TWI505871B - Hydrogen generation catalyst - Google Patents
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- TWI505871B TWI505871B TW099118569A TW99118569A TWI505871B TW I505871 B TWI505871 B TW I505871B TW 099118569 A TW099118569 A TW 099118569A TW 99118569 A TW99118569 A TW 99118569A TW I505871 B TWI505871 B TW I505871B
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Description
本發明係有關分解水而取出氫之氫產生用觸媒。
使用觸媒而由水製作氫之方法，已知使純水介由觸媒而熱分解成氫與氧(特開平10-212101號)，在此熱分解中係以氧化矽氧化物作為觸媒而投入於可旋轉的爐容器，於爐容器內抽真空成真空狀態，抽真空後，投入純水，同時使最終目標溫度設定於350℃~700℃，一邊階段性加熱，一邊回收氫與氧。
又，其他之方法係已知使微細粉碎之鉑或鈀等之金屬觸媒與維持於約60~150℃的溫度之含有螯合化劑的水接觸而產生氫之方法(特公昭62-52102號)。
[專利文獻1]特開平10-212101號
[專利文獻2]特公昭62-52102號
但，在專利文獻1中之方法係不僅必須有純水，進行階段性加熱，故有取出氫需要時間之缺點。
又，在專利文獻2之方法係不僅必須有螯合劑，有氫產生量很少之缺點。
因此，本發明之氫產生用觸媒係加熱親水性之金屬氫氧化物與此氫氧化物而熔融時以溶出於其中之金屬元素所構成。
又前述氫氧化物為氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)，且前述金屬元素係宜於鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉑(Pt)之中的至少一種類中加入鐵(Fe)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、錳(Mn)、鎢(W)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈷(Co)、錫(Sn)、鉍(Bi)之中的至少一種類。
進一步，使本發明之氫產生用觸媒由至少一種類的親水性低熔點的金屬氫氧化物、與此金屬氫氧化物反應而以金屬氫氧化物之熔點以上的溫度進行脫水並生成複合氧化物之至少一種類的其他化合物以及對前述複合氧化物供給金屬元素之金屬元素供給體所構成。
又，前述親水性之金屬氫氧化物係宜為氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋇(Ba(OH)2
‧8H2
O)及其他之水合金屬氫氧化物，且前述其他化合物係氫氧化物之氫氧化鈣(Ca(OH)2
)、氫氧化鈷(Co(OH)2
)，氧化物之氧化鈦(TiO2
)、氧化鐵(FeO)、氧化鋅(ZnO)、氧化矽(SiO2
)、氧化鋯(ZrO2
)、氧化鎳(NiO)、氧化錫(SnO2
)、氧化鉍(Bi2
O3
)、氧化鈣(CaO)、氧化鎢(WO3
)、氧化鉻(Cr2
O3
)、氧化鎂(MgO)、氧化鉬(MoO3
)、氧化鋁(Al2
O3
)或氧化鋇(BaO)。
進一步，又本發明之氫產生用觸媒，係由具備注入水之水入口與氫流出之氫排出口的金屬容器、收納於此金屬容器內之低熔點的親水性金屬氫氧化物與配置於此金屬氫氧化物內而加熱前述金屬氫氧化物使其熔融時金屬元素溶出於金屬氫氧化物的熔融液體內之金屬元素供給體所構成；其中使前述金屬氫氧化物加熱熔融時從前述容器之壁面亦有金屬元素溶出於前述金屬氫氧化物內。
又，前述金屬容器係由不銹鋼板所構成，前述金屬氫氧化物係宜由氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)所構成，前述金屬元素供給體係由板狀、粒狀或塊狀之鐵(Fe)、鈦(Ti)、或不銹鋼材(Cr、Ni、Fe)所構成。又，加熱前述觸媒時，含有金屬元素之微細粒子群會飛散。
申請專利範圍第1、2項之氫產生用觸媒係低熔點之金屬氫氧化物(NaOH、KOH)被加熱而成為液體，於此液體中金屬元素會溶出而全體構成離子液體。此離子液體係被加熱至300℃~600℃之液狀的熔融鹽，於其中含有已電離之金屬氫氧化物的金屬離子(Na+
或K+
)、羥基離子(OH-
)，於此液體中金屬元素(Fe、Ni、Cr、Ti等)成為離子(Fe2+
、Ni2+
、Cr3+
、Ti4+
等)而溶出全體構成活性的離子液體。此離子液體中係多數之電子(e-
)活潑地移動，從此液面係多數之微細的粒子群(含有金屬元素與電子)飛散，若水滴或300℃~600℃之水蒸氣碰到此粒子群及液面，離子液體因係親水性，故水分子會被粒子群或液面捕捉，水會電離，藉
2H2
O+2e-
→H2
↑+2OH-
…(1)
之反應，產生氫氣(H2
)，同時形成羥基離子(OH-
)。此OH-
係藉如下之反應，
2OH-
→H2
O+O2-
…(2)
，產生水與氧離子。此水蒸氣(H2
O)係藉前述(1)式之反應，再產生氫，重複(1)式與(2)式之反應。因此，某一定時間持續產生氫。此處所產生之氧離子(O2-
)係與電離之熔融鹽的鈉離子(Na+
)反應，如以下般，
2Na+
+O2-
→Na2
O…(3)
產生氧化鈉(Na2
O)。此Na2
O係與水蒸氣(H2
O)反應而成為原來的熔融鹽，補充其減少。
Na2
O+H2
O→2NaOH…(4)
又，前述金屬離子係促進(1)式及(2)式之反應。
藉由如此之離子液體及微粒子群的作用，可從水分子以300℃以上之溫度瞬間分離氫。
申請專利範圍第3、4、5項之發明係使氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)等之親水性的金屬氫氧化物加熱至其熔點以上(400~500℃)，於其中使金屬氫氧化物(Ca(OH)2
)、Ba(OH)2
‧8H2
O、Co(OH)2
等)或金屬‧非金屬氧化物(ZnO、TiO2
、NiO、Cr2
O3
、SiO2
等)以粉狀溶入(一般氧化物係熔點為1000℃以上，在450~500℃為固體)，使之脫水而生成複合金屬‧非金屬氧化物(Na2
CaO2
、K2
CaO2
、Na2
Ti2
O5
、K2
Ti2
O5
、Na2
SiO4
等)，藉此複合金屬‧非金屬氧化物之觸媒作用分解水。將此複合金屬‧非金屬氧化物加熱至400℃以上之狀態吹出100℃以上之水蒸氣，水蒸氣係被親水性之複合金屬‧非金屬氧化物的表面捕捉，同時從此處飛出之粒子群(蒸氣)捕捉，例如NaOH與TiO2
之情形，
2NaOH+2TiO2 Na2
Ti2
O5
+H2
O…(5)
之反應，產生鈦酸鈉(Na2
Ti2
O5
)與水蒸氣(H2
O)，但此水蒸氣若全部排出至外部，作為觸媒而完成。
如此地，若對藉脫水反應所產生之鈦酸鈉(Na2
Ti2
O5
)吹出水蒸氣，藉前述(5)式之可逆反應，產生NaOH之熔融鹽，在熔融鹽之存在下引起前述(1)~(4)式之反應，產生氫。
又，金屬元素供給體係形成促進前述(1)(2)式之反應的作用。
亦即，於此複合金屬‧非金屬氧化物內置入例如金屬原子供給體之鐵塊或不銹鋼塊或鈦合金塊，此等之金屬元素熔入於金屬‧非金屬氧化物內而此等之金屬元素的離子(Fe2+
、Ti3+
、Cr3+
、Ni2+
等)促進前述(1)、(2)式之反應。
申請專利範圍第6、7之發明係申請專利範圍第1、2之發明的具體態樣，使金屬氫氧化物(NaOH、KOH)置入於金屬容器(不銹鋼板)內，在加熱至300℃~600℃之金屬容器內熔融金屬氫氧化物，進一步，於此熔融之金屬氫氧化物內從金屬元素供給體熔入金屬元素(Ni、Cr、Fe等)，尚且，從金屬容器之壁面亦熔融金屬元素而形成被金屬容器內活性化之離子液體，從此液面上使微粒子群飛散，於此離子液體上之反應容間供給水滴或水蒸氣，水可以300~400℃左右之溫度有效率地被分解。
申請專利範圍第8、9之發明係加熱觸媒時之狀態，飛散之粒子群形成主要的反應，此粒子群的表面積變成非常大，故水之分解效率明顯變高。
以下，參照圖面而說明有關用以實施本發明之最佳形態。
用以從本發明之水產生氫的觸媒係於低熔點之親水性的金屬氫氧化物例如氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)之溶液中加入鐵離子(Fe2+
)、鎳離子(Ni2+
)、鈀(Pd2+
)、鉑(Pt2+
)之中的至少一種類的元素，使鐵離子(Fe2+
)、鉻離子(Cr2+
)、鈦離子(Ti2+
)、鋅離子(Zn2+
)、鈷離子(Co2+
)、錫離子(Sn2+
)、鉍離子(Bi3+
)、錳離子(Mn2+
)、鎢離子(W6+
)、鎂離子(Mg2+
)之中的至少一種類的金屬離子已熔融者。亦即，氫氧化鈉或氫氧化鉀係於250℃~300之間具有熔點，加熱至此溫度以上之溶液中熔融上述之金屬離子而形成離子液，從此液面使含有金屬離子與電子(e-
)之微粒子群飛散，若於此微粒子群與液面碰觸加熱至100℃以上之水蒸氣(H2
O)，水蒸氣被分解而釋出氫。又，於離子液面直接碰觸水滴時，在此處變成水蒸氣。
前述金屬離子係形成金屬塊、金屬粒子或金屬合金而供給，例如，於容器中置入金屬氫氧化物同時於此容器內置入金屬粒子、金屬塊，或，以所希望的金屬或合金形成容器，從容器內壁使金屬離子熔融於氫氧化物之溶液中而供給。
圖1、2係表示氫產生機構者。
在圖1中，氫產生裝置1係具備製作300℃~600℃之水蒸氣的蒸氣室2，鄰接於此蒸氣室2而設有由不銹鋼材所構成之觸媒筒3，此等蒸氣室2及觸媒筒3係藉傳熱加熱器4加熱。於前述蒸氣室2係從供給管5供給水，在蒸氣室2內產生之水蒸氣係介由蒸氣管6而送至由不銹鋼材所構成之觸媒筒3內，於觸媒筒3內收納觸媒，水蒸氣係接觸於此觸媒之上面同時被分解，被分離之氫係從出口部8通過立設之排出管9而釋出。
圖2係圖1之II-II線截面圖，於不銹鋼容器內收納氫氧化鈉(NaOH)，若以此狀態使容器加熱至300℃以上，氫氧化鈉會熔解，於此熔解液內從不銹鋼容器之內壁熔出鐵離子(Fe2+
)、鉻離子(Cr2+
)、鎳離子(Ni2+
)。又，所熔解之氫氧化鈉係電離成鈉離子(Na+
)與羥基離子(OH-
)，使所謂含金屬離子與羥基離子之離子液體消失，形成電子移動激烈之活性溶液。從此液面係含有前期金屬元素與電子(e-
)之微細粒子群P飛散(此飛散空間成為反應空間R)，於此粒子群P及液面碰觸加熱至100℃以上之水蒸氣，在富電子(e-
)之環境中(例如藉金屬離子之熔出釋出電子(e-
))，藉
2H2
O+2e-
→H2
↑+2OH-
‧‧‧(5)
之反應，產生氫(H2
)與羥基離子(OH-
)，此羥基離子(OH-
)係
2OH-→H2
O+O2-
‧‧‧(6)
之反應，產生水與氧離子(O2-
)，此水係藉(5)式之反應，再產生氫與羥基，重複特定時間(5)(6)式之反應。此處，氧離子(O2-
)係與在熔解鹽內電離之鈉離子(Na+
)結合而產生氧化鈉(Na2
O)。
2Na+
+O2-
→Na2
O ‧‧‧(7)
此Na2
O係與水蒸氣反應，
Na2
O+H2
O→2NaOH ‧‧‧(8)
產生NaOH，此NaOH係補充熔融鹽。
又，相應於NaOH之量的氧係進行上述的反應(7、8式)，但注入於其以上之氧係形成氧化物的粒子而與氫一起排出至外部。
前述金屬離子係形成促進(5)(6)式之反應的作用。尤其，鎳離子為必須，其他之金屬離子(Fe2+
、Cr3+
、Mo2
+、Ti4
+、Mg2
+、Bi2+
、Zn2+
、Co2+
、Sn4+
、W2+
、Mn2+
等)係作為其補助。取代此鎳，亦可為同族之鈀(Pd)鎳(Pt)。亦即，Ni、Pd、Pt係發揮切斷OH鍵之作用，其他之金屬元素係作為切斷OH鍵作用之補助。又，即使不輸送水蒸氣，離子液體中之羥基離子(OH-
)被切斷，釋出所產生之氫，在實驗已被確認。又。無水蒸氣，即使使水滴直接供給至離子液體的液面，水滴在液面亦成為水蒸氣，然後，被分離成氫與氧亦已被確認。進一步，氫氧化鈉之外，即使氫氧化鉀(KOH)亦形成相同之作用，但氫氧化鈉(NaOH)者氫的產生量多。如此之離子液體係藉觸媒作用即使300℃之溫度亦可分解水，但若為400℃左右之溫度，安定而可分離水，如此地，宜於約400℃加熱離子液體。又，離子液體之上限的溫度係只要為使用之氫氧化物之沸點以下即可。例如，氫氧化鉀之沸點為1320℃，氫氧化鈉之沸點為1390℃。
如此地，前述金屬元素係於被熔融之氫氧化物內如圖3所示般，亦可以粒狀之金屬元素供給體20之形式供給，如圖4所示般，以塊狀之金屬元素供給體21的形式供給，如圖5所示般，板狀之金屬元素供給體22的形式供給，如圖6所示般，可於底板23上以立設之金屬元素供給體25的形式供給多數的翼24。此等之金屬供給體20~22、25係亦可以所希望的純粹金屬形成，亦可以合金之形式形成。於不銹鋼容器內亦可加入上述之各種金屬元素作為金屬元素供給體。實施例係適宜為於不銹鋼容器內加入不銹鋼板作為金屬元素供給體。又，使翼供給體25之翼24從離子液體之液面上充分延伸至反應空間R，宜使離子液體中之熱傳達至反應空間R。此係藉前述(5)(6)式之反應，反應空間R係被充分吸熱，溫度下降，故為了溫度回復，必須迅速傳達熱。又，為使蒸氣、氫之流動順利，必須為流通孔0.0-0。
以上，為有關離子液體觸媒之說明，但其次說明有關由固體狀之複合元素(金屬‧非金屬)化合物所構成之觸媒。
在圖7中，在由不銹鋼材所構成之觸媒筒3內，收納由固體之複合元素化合物所構成之觸媒30，其中係收納促進前述(5)(6)式之反應例如SUS304之塊31。此塊31係可以鈦、鉬、鎂、鉍、鋅、鈷、錫、鎢、錳等代替。又，其形式係如上述般可為粒狀、板狀、翼狀。
前述複合元素化合物係加熱至少一種類的親水性的低熔點(250~450℃)的金屬氫氧化物(例如氫氧化鈉(NaOH))、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋇(Ba(OH)2
)(熔點408℃)之至少一種類而熔融，同時並使其他金屬氧化物(氧化鈦(TiO2
)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋯(ZrO2
)、氧化鎳(NiO)、氧化錫(SnO2
)、氧化鉍(Bi2
O3
)、氧化鈣(CaO)、氧化銅(CuO)、氧化鎢(WO3
)、氧化鉻(Cr2
O3
)、氧化鎂(MgO)、氧化鉬(MoO3
)、氧化鋁(Al2
O3
)、氧化鋇(BaO)或非金屬氧化物(氧化矽(SiO2
))或金屬氫氧化物(氫氧化鈣(Ca(OH)2
)、氫氧化鈷(Co(OH)2
)之至少一種類熔入，以成為凝膠狀之狀態注入於觸媒筒3內。於觸媒筒3內收納鐵SUS304(18Cr、8Ni、殘餘Fe)之塊31，此塊31被觸媒30包覆，於觸媒30之加熱中於其中形成鎳離子(Ni2+
)、鉻離子(Cr3+
)、鐵離子(Fe2+
)而熔入。亦即，以氫氧化鈉(NaOH)與氧化鈦(TiO2
)形成觸媒30時，若將兩者加熱至氫氧化鈉之熔點以上(300℃以上)，藉
2NaOH+2TiO2 Na2
Ti2
O5
+H2
O …(9)
之反應，氫氧化鈉係熔融，但氧化鈦之熔點高，故為固體，兩者脫水而產生複合金屬氧化物之鈦酸鈉(Na2
Ti2
O5
)，於此親水性之鈦酸鈉中熔入鎳離子(Ni2+
)、鐵離子(Fe2+
)、鉻離子(Cr3+
)。在(9)中，若H2
O被完全排出至外部，形成觸媒而完成，若於Na2
Ti2
O5
碰觸水蒸氣，引起可逆反應，產生熔融鹽之NaOH，在此熔融鹽之存在下，引起前述(5)~(8)式之反應，產生氫。
又，與氧化鈦同樣地使氧化鋯(ZrO2
)亦與氫氧化鈉製作化合物時，藉
NaOH+ZrO2
→Na2
Zr2
O5
+H2
O …(10)
之反應，產生鋯酸鈉(Na2
Zr2
O5
)，此亦形成與上述之鈦酸鈉(Na2
Ti2
O5
)同樣的作用。
又，即使為氫氧化鉀(KaOH)，形成與氫氧化鈉(NaOH)同樣之作用，但此與氫氧化鈣(Ca(OH)2
)之反應，亦進行如與上述相同般
Ca(OH)2
+2NaOH→Na2
CaO2
+2H2
O …(11)
之脫水反應。此鈣酸鈉(Na2
CaO2
)亦形成與其他複合金屬化合物相同的作用。
氧化矽(SiO2
)亦與氫氧化鈉(NaOH)上述相同，進行
2SiO2
+2NaOH→Na2
Si2
O5
+H2
O …(12)
之脫水反應，產生具有與上述同樣之性質的矽酸鈉(Na2
Si2
O5
)。
同樣地，氧化鎂(MgO)與氫氧化鈉(NaOH)之反應係成為
MgO+2NaOH→Na2
MgO2
+H2
O …(13)
，形成鎂酸鈉。
氫氧化鈉(NaOH)與氫氧化鉀(KOH)係具有類似之性質，故亦可交換，又，於加入兩者之中亦可加入其他之成分，但與金屬離子之相適性係宜為氫氧化鈉者已被確認。
其次，說明有關已利用本發明之觸媒的具體裝置及氫產生系統。
在圖8中，氫產生裝置M係具有觸媒單元40，此觸媒單元40係具備隔熱殼體41，於此隔熱殼體41內觸媒收納箱42層合三段，於各觸媒收納箱42之底面係附著面狀發熱體43、43、43，藉此各觸媒收納箱42被加熱至300~600℃。於前述各觸媒收納箱42內係來自水槽44之水介由流量計45、從連結此之補助槽46的底面延伸之水泵浦47、47、47而輸送特定量。
又，於水槽44之液面係介由壓縮機48而供給特定壓力，不輸於前述各觸媒收納箱內之水蒸氣的氣體壓。前述觸媒收納箱42之水泵浦47配管之側壁的相反側之側壁，係設有氫配管49，此氫配管49係連接於水蒸氣除去裝置50，此裝置50係水槽，於此水槽內之液面下延伸氫配管49，藉此，在觸媒收納箱42內未被分解之一部份的水蒸氣被除去，此水槽係藉冷卻器51冷卻，以免高溫之水蒸氣逆流。通過水蒸氣除去裝置50之氫與與氫一起流出之若干的微粒子，係藉泵浦52暫時貯存於氣體槽53，從此氣體槽53氫被送至例如鍋爐之燃燒器54燃燒。又，通過由分離氫與微粒子之鈀合金膜所構成之分離裝置55而除去微粒子，只純度高的氫輸送至燃料電池56而發電。
另外，來自氣體槽53之氣體的一部分係可使用來作為加熱前述面狀發熱體43之補助熱源。前述面狀發熱體43係如圖9所示般，配置於最上段者，於如鋁合金之導熱性高的板狀體呈面狀塗佈以碳作為主成分之發熱體60者，前述板狀體之一側係加熱部43a突出於殼體41外而形成，此藉氫燃燒器61加熱，其熱立即傳導至板狀體全體。同樣地，中段、下段之面狀發熱體43係於與上段相異之位置分別形成加熱部43b、43c，此等藉氫燃燒器62、63加熱，各氫燃燒器61、62、63係由閥64、65、66及未圖示之水封裝置所構成的未圖示之介由後滅火器防止裝置而供給氫。
前述觸媒收納箱42係全體以不銹鋼板形成，如圖10所示般，設有複數之隔間壁70、71，於隔間壁70與觸媒收納箱40之側壁間係形成輸送水滴之蒸氣室72，於此蒸氣室72係藉水泵浦47之分枝配管47a於複數處送入水滴，此處，產生300℃~600℃之水蒸氣。鄰接於前述蒸氣室72而形成觸媒室73、73，於此觸媒室73內係收納例如由不銹鋼板所構成之翼體75、75…75，此翼體75係例如位置於前述之離子液體觸媒內。又，亦可收納固形觸媒。於蒸氣室72之相反側的側壁係設有分枝配管49a，氫係經過分枝配管49a，收集於集合配管74，送至水蒸氣除去裝置50。
其次，說明有關使用圖1所示之氫產生裝置1的實施例。又，氫的存在係藉氫的燃燒試驗確認。
於觸媒筒3(寬50mm×長200mm×高15mm)內未完全置入觸媒，一邊直接空著加熱，一邊每10分鐘使0.2cc的水供給至水蒸氣室2後，以700℃左右的溫度產生氫，但於4~6小時變成不燃燒。
觸媒筒3之材質係18-8不銹鋼，Cr18%、Ni8%、殘部Fe。
又，若於觸媒筒3內置入不銹鋼屑20g左右，燃燒2日。置入銅屑10g左右取代不銹鋼屑後，失去活性1日。又，若置入鐵的塊(96g)，以200℃燃燒2日。認為藉此，於水之分解係進行金屬離子，尤其鎳離子(Ni2+
)及鐵離子(Fe2+
、Fe3+
)有很大影響者。銅(Cu)、鋁(Al)離子係無助於燃燒。
於觸媒筒3內置入氫氧化鈉(NaOH)100g，以600℃~700℃之加熱燃燒一星期。在600℃~700℃之溫度下係氫氧化鈉熔化成液狀，其中從不銹鋼(觸媒筒3之內壁)熔出鎳離子(Ni2+
)、鉻離子(Cr3+
)、及鐵離子(Fe2+
)，NaOH亦分離成Na+
與OH-
。
此等為製作離子液體，若於飛散粒子群與離子液體之液面接觸水蒸氣，在富電子的環境內水被電離而分成氫(H2
)與羥基離子(OH-
)。又，從液面含有各離子之氫氧化鈉的微粒子飛散出，在於離液面之位置的水蒸氣亦接觸此等微粒子而電離。又，於此離子液體係親水性強，立即捕捉所注入之水蒸氣。
又，取代NaOH，而使氫氧化鉀(KOH)100g注入於觸媒筒3內而加熱至600℃~700℃而生成離子液體，與NaOH相同地燃燒，但其壽命為3日，可知較NaOH短命。
然後，相對於NaOH 100g，置入18-8不銹鋼98g以使Ni2+
、Cr3+
、Fe2+
離子於離子液中增加後，以300℃~400℃之溫度燃燒，其壽命延長至10日。
又，只注入NaOH 50g、KOH 50g，加熱至600℃~700℃，但其壽命為4日左右，可知宜為NaOH 100g單體之離子液體者。
進一步，於NaOH 50g、KOH 50g之混合液中加入不銹鋼100g左右後，壽命延長至7日左右，但壽命較於NaOH中加入不銹鋼者還短。
進而又，於NaOH 100g或KOH 100g中加入鈦合金30g左右之後，以300℃~400℃激烈反應且與離子液體中之OH-
的氧結合而在未通入水蒸氣的情況下，離子液體本身即燃燒，從液體狀態變化成固體狀態。此固體係鈦酸鈉(Na2
TiO2
O5
)，若再加熱至600~700℃，可發揮觸媒之作用。
加熱金屬氫氧化物與金屬氧化物，脫水，生成複合金屬氧化物者形成凝膠狀，注入於觸媒筒3內。其組合係有各種，以下所示之組合係在不銹鋼容器內以650℃~750℃燃燒，無特別記載時，其壽命為3日~5日。
1) KOH 100g
TiO2
10g
熔融KOH(300℃以上)同時並混入TiO2
粉，但TiO2
粉對於KOH只混入1/10左右。此時進行脫水而形成鈦酸鉀(K2
Ti2
O5
)。
2) KOH 100g
TiO2
30g
Cr2
O3
10g
若置入Cr2
O3
粉作為黏結劑，TiO2
熔融於KOH 30%左右。又，亦可使用MoO3
粉取代Cr2
O3
粉。此時，形成鈦酸鉀(K2
Ti2
O5
)與鉻酸鉀(K2
Cr2
O5
)之複合金屬化合物。
3) KOH 100g
Cr2
O3
10g
以700℃左右燃燒。
4) KOH 100g
MgO 20g
壽命長(1週)。此時，形成鎂酸鉀(K2
MgO2
)。
5) KOH 100g
MoO3
34g
此時，形成鉬酸鉀(K2
MoO4
)。
6) NaOH 100g
ZnO 40g
此時，形成鋅酸鈉(Na2
ZnO2
)。
7) NaOH 100g
ZrO2
20g
此時，形成鋯酸鈉(Na2
ZrO3
)。
8) NaOH 100g
SnO2
70g
此時，形成錫酸鈉(Na2
SnO3
)。
9) NaOH 100g
WO3
140g
此時，形成鉬酸鈉(Na2
WO4
)，WO3
大量混合成NaOH以上。
10) NaOH 100g
CaO 45g
此時，形成鈣酸鈉(Na2
CaO2
)。
11) NaOH 100g
TiO2
34g
此時，形成鈦酸鈉(Na2
Ti2
O5
)。
TiO2
係較NaOH易滲入KOH。
以金屬氫氧化物與金屬氫氧化物之組合而在不銹鋼容器內燃燒者係NaOH 100g、Ca(OH)2
8g之組合，KOH 50g、NaOH 50g之組合，進一步，以KOH 100g、Ba(OH)2
‧8H2
O 100g之組合燃燒係很少，但對於全部的情形未充分燒燒。
以金屬氫氧化物與非金屬氧化物之組合而在不銹鋼容器內稍燃燒者係NaOH 100g、SiO2
24g之組合，再於此等中加入鐵塊時，係充分燃燒，而且，壽命亦有10日。
又KOH 200g、SiO2
35g之組合，係SiO2
無法與KOH結合而未燃燒。
又，進一步，NaOH 100g、SiO2
17g、Al2
O3
12g之組合係在另外添加之鐵離子(Fe2+
)的存在下進行非常良好的燃燒。亦即，可知於不銹鋼容器中在另外添加之鐵離子的存在下若使Al2
O3
加入於NaOH與SiO2
之組合，變化非常大而變成良好的觸媒。
以上為分解(燃燒)水之組合，但加熱至700℃左右而於脫水後之複合金屬(非金屬)化合物碰觸水蒸氣，可分解水。一般，金屬氫氧化物係低熔點且具有親水性，其表面係捕捉水蒸氣而些許熔化而進行與離子液體相同之作用。
以下所示之組合係即使在鐵離子的存在下，600℃~700℃的溫度下亦不燃。
1) KOH 200g
Al2
O3
60g
2) KOH 100g
MnO2
40g
3) KOH 100g
V2
O5
20g
4) KOH 100g
Ba(OH)2
‧8H2
O3
100g
5) NaOH 200g
MgO 20g
Al2
O3
20g
6) NaOH 100g
Ca(OH)2
7g
7) NaOH 100g
Ca(OH)2
50g
即使增加氫氧化鉀之量亦不燃。
8) NaOH 100g
NiO 140g
9) NaOH 100g
Bi2
O3
25g
10) NaOH 100g
Al2
O3
60g
11) NaOH 100g
SiO2
25g
MnO2
15g
12) NaOH 100g
SiO2
20g
TiO2
4g
MgO 2g
本發明之氫產生用觸媒係最適於供給氫之氫站，若製作小型之氫產生裝置，可適用於氫鍋爐、汽車、船舶，若製作大型之氫產生裝置，可適用於大型發電用工廠。
1．．．氫產生裝置
2．．．蒸氣室
3．．．觸媒筒
31．．．鐵塊
40．．．觸媒單元
42．．．觸媒收納箱
43．．．面狀發熱體
50．．．水蒸氣除去裝置
74．．．翼體
圖1係適用本發明之氫產生用觸媒的氫產生裝置剖面圖。
圖2係圖1之II-II線截面圖。
圖3係粒狀之金屬元素供給體。
圖4係塊狀之金屬元素供給體。
圖5係板狀之金屬元素供給體。
圖6係翼狀之金屬元素供給體。
圖7係由置入鐵塊之固體複合元素化合物所構成之氫產生用觸媒。
圖8係使用本發明之觸媒的氫產生裝置之概略剖面圖。
圖9係於圖8之氫產生裝置所使用的面狀發熱體之剖面圖。
圖10係於圖8之氫產生裝置所使用的觸媒收納箱的剖面圖。
3．．．觸媒筒
R．．．反應空間
P．．．粒子群
Claims (5)
- 一種由水產生氫之氫產生用觸媒，其係由親水性之金屬氫氧化物與加熱此氫氧化物而使其熔融時溶出於其中之金屬元素所構成，前述親水性之金屬氫氧化物為氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)，且於前述金屬元素為鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉑(Pt)之中的至少一種類中加入鐵(Fe)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、錳(Mn)、鎢(W)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈷(Co)、錫(Sn)、鉍(Bi)之中的至少一種類。
- 一種由水產生氫之氫產生用觸媒，其係由至少一種類的親水性低熔點之金屬氫氧化物、與此金屬氫氧化物反應而以金屬氫氧化物之熔點以上的溫度進行脫水並生成複合氧化物之至少一種類的其他化合物以及對前述複合氧化物供給金屬元素之金屬元素供給體所構成，前述親水性之金屬氫氧化物係氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋇(Ba(OH)2 )、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化鈷(Co(OH)2 )之至少一種，前述複合氧化物係氧化鈦(TiO2 )、氧化鐵(FeO)、氧化鋅(ZnO)、氧化矽(SiO2 )、氧化鋯(ZrO2 )、氧化鎳(NiO)、氧化錫(SnO2 )、氧化鉍(Bi2 O3 )、氧化鈣(CaO)、氧化鎢(WO3 )、氧化鉻(Cr2 O3 )、氧化鎂(MgO)、氧化鉬(MoO3 )、氧化鋁(Al2 O3 )及氧化鋇(BaO)之至少一種，且於前述金屬元素供給體係於鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉑(Pt)之中的至少一種類中加入鐵(Fe)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鉬 (Mo)、錳(Mn)、鎢(W)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈷(Co)、錫(Sn)及鉍(Bi)之中的至少一種類。
- 一種由水產生氫之氫產生用觸媒，其係由具備注入水之水入口與氫流出之氫排出口的金屬容器、收納於此金屬容器內之低熔點的親水性金屬氫氧化物與配置於此金屬氫氧化物內而加熱前述金屬氫氧化物使其熔融時金屬元素溶出於金屬氫氧化物的熔融液體內之金屬元素供給體所構成，其中使前述金屬氫氧化物加熱熔融時從前述容器之壁面亦有金屬元素溶出於前述金屬氫氧化物內，前述金屬容器係由不銹鋼所構成，前述金屬氫氧化物係由氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)所構成，前述金屬元素供給體係由板狀、粒狀或塊狀之鐵(Fe)、鈦(Ti)、或不銹鋼材(Cr、Ni、Fe)所構成。
- 如申請專利範圍第3項之氫產生用觸媒，其中加熱前述觸媒時，含有金屬元素之金屬氫氧化物的微細粒子會飛散。
- 如申請專利範圍第2項之氫產生用觸媒，其中加熱前述觸媒時，含有金屬元素之複合氧化物的微細粒子會飛散。
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|---|---|---|---|---|
| JP2009247961A (ja) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Yasuo Ishikawa | 水から水素を採集するための触媒、触媒製造装置、水素発生装置、水素エンジンシステム並びに水素バーナシステム |
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2010
- 2010-06-08 TW TW099118569A patent/TWI505871B/zh not_active IP Right Cessation
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