WO2012011324A1 - アンモニアの合成方法 - Google Patents

アンモニアの合成方法 Download PDF

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WO2012011324A1
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light
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日数谷　進
匠磨 森
貞夫 荒木
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日立造船株式会社
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    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C01C1/0411—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst characterised by the catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/50—Processes
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
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    • B01J35/39—Photocatalytic properties
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to an ammonia synthesis method, and more particularly, to an ammonia synthesis method in which ammonia synthesis is possible without using hydrogen gas.
  • an electrolysis method using electrolysis of water As a method for producing hydrogen without using fossil fuel, there are an electrolysis method using electrolysis of water, a photocatalytic decomposition method of water using sunlight, and a thermochemical method using solar heat and nuclear energy.
  • the Harbor Bosch method is a method of synthesizing ammonia from hydrogen gas and nitrogen gas, and produces ammonia by reacting hydrogen gas and nitrogen gas in the presence of an iron-based ternary catalyst. is there.
  • the Harbor Bosch method is still the mainstream ammonia synthesis method because of its high synthesis efficiency, but since the Harbor Bosch method is a synthesis at high temperature and high pressure, it consumes a lot of energy and has a large scale of equipment. When hydrogen gas was obtained by reforming, there was a problem that a large amount of carbon dioxide (CO 2 ) was discharged.
  • CO 2 carbon dioxide
  • Patent documents relating to such an ammonia synthesis method include the following.
  • the ammonia electrosynthesis apparatus disclosed in Patent Document 1 is an apparatus for electrosynthesis of ammonia from water and nitrogen, and devised a type of water vapor supplied to the electrolytic bath and a means for stirring the electrolytic bath.
  • This ammonia electrosynthesis apparatus is (1) an apparatus for synthesizing ammonia by supplying refined water vapor and N 3 ⁇ to a molten salt as an electrolytic bath, and (2) supplying a gas component to the molten salt.
  • a cathode for generating N 3 ⁇ is an apparatus for electrosynthesis of ammonia from water and nitrogen, and devised a type of water vapor supplied to the electrolytic bath and a means for stirring the electrolytic bath.
  • This ammonia electrosynthesis apparatus is (1) an apparatus for synthesizing ammoni
  • the molten salt is at least one selected from the group consisting of alkali metal halides and alkaline earth metal halides.
  • the refined water vapor has a bubble diameter of 100 nm to 10 mm. Further, the refined water vapor is supplied so that 10 to 10 million bubbles are contained per 1 cm 3 of the molten salt.
  • an ammonia synthesizer disclosed in Patent Document 2 is provided on a mesh or porous cathode to which nitrogen gas is supplied, a nitride solid electrolyte layer on the cathode, and a nitride solid electrolyte layer. And a catalyst layer provided on the anode and adsorbing and dissociating hydrogen, and applying a positive potential to the anode to form a nitride solid. Electrochemically generate nitrogen anions in the electrolyte layer, oxidize nitrogen anions at the anode to obtain atomic nitrogen, and react atomic nitrogen with atomic hydrogen adsorbed and dissociated on the catalyst layer at the anode Thus, ammonia is synthesized.
  • the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to synthesize ammonia without using hydrogen gas. Since fossil fuel such as natural gas as a conventional hydrogen source is not used, There is no increase in ammonia production costs due to soaring, environmental impact due to carbon dioxide (CO 2 ) emission, and synthesis at room temperature and pressure, so energy consumption and equipment size are small, and it is economical. It is to provide a method for synthesizing ammonia.
  • the inventors of the present invention when irradiating light to water in the anode zone, water is decomposed by a light absorption reaction, and protons, electrons, and oxygen gas are formed. Electrons are transferred to the cathode zone to which nitrogen gas is supplied to form N 3 ⁇ in the cathode zone, and ammonia is synthesized by reaction of N 3 ⁇ and protons from the anode zone.
  • the present invention has been completed.
  • the anode and the cathode are arranged at a predetermined interval in the electrolyte phase, and water (H 2 O) is contained in the anode zone.
  • water is decomposed by a light absorption reaction to form protons (H + ), electrons (e ⁇ ), and oxygen gas (O 2 ).
  • (N 2 ) is supplied, and the electrons (e ⁇ ) generated in the anode zone are transferred to the cathode zone via the lead wires, and N 3 ⁇ is formed in the cathode zone.
  • ammonia (NH 3 ) is synthesized by a reaction between protons (H + ) that have moved to the cathode zone side and N 3 ⁇ .
  • the invention according to claim 2 is the ammonia synthesis method according to claim 1, wherein the anode is provided with a photocatalyst, the anode zone is irradiated with light, water is decomposed by a photocatalytic reaction, protons, It is characterized in that electrons and oxygen gas are formed.
  • the invention according to claim 3 is the method for synthesizing ammonia according to claim 1 or 2, wherein the light irradiated to the anode zone is sunlight or visible light irradiated from a light irradiation lamp. It is said.
  • the anode and the cathode are arranged at a predetermined interval in the electrolyte phase, and the anode zone is supplied with water (H 2 O) and irradiated with light. Then, water is decomposed by the light absorption reaction to form protons (H + ), electrons (e ⁇ ), and oxygen gas (O 2 ).
  • Nitrogen gas (N 2 ) is supplied to the cathode zone, and the anode Electrons (e ⁇ ) generated in the zone are transferred to the cathode zone via lead wires, N 3 ⁇ is formed in the cathode zone, and protons that have moved from the anode zone to the cathode zone side in the electrolyte phase ( H + ) and N 3 ⁇ react to synthesize ammonia (NH 3 ).
  • ammonia can be synthesized without using hydrogen gas.
  • the invention according to claim 2 is the ammonia synthesis method according to claim 1, wherein the anode is provided with a photocatalyst, the anode zone is irradiated with light, water is decomposed by a photocatalytic reaction, protons, Electrons and oxygen gas are formed.
  • the invention of claim 2 by using a photocatalyst, the decomposition reaction of water proceeds rapidly, and ammonia is highly efficient. There is an effect that can be synthesized.
  • the invention according to claim 3 is the method for synthesizing ammonia according to claim 1 or 2, wherein the light irradiated to the anode zone is sunlight or visible light irradiated from a light irradiation lamp. Therefore, according to the invention of claim 3, since sunlight and visible light irradiated from the light irradiation lamp have the highest energy, by using these lights, water is decomposed. The reaction proceeds quickly, and it is possible to synthesize ammonia with high efficiency.
  • FIG. 1 shows a specific example of an apparatus for carrying out the method for synthesizing ammonia according to the present invention.
  • the method for synthesizing ammonia according to the present invention comprises an electrolyte phase with a predetermined distance between an anode and a cathode. Are arranged.
  • the anode zone is supplied with water (H 2 O) and irradiated with light, and water is decomposed by a light absorption reaction, so that protons (H + ), electrons (e ⁇ ), and oxygen gas (O 2). ) Is formed.
  • Nitrogen gas (N 2 ) is supplied to the cathode zone, and electrons (e ⁇ ) generated in the anode zone are transferred to the cathode zone via the lead wires to form N 3 ⁇ in the cathode zone, Water is supplied to the anode zone where ammonia (NH 3 ) is synthesized by the reaction of protons (H + ) that have moved from the anode zone to the cathode zone side in the electrolyte phase and N 3 ⁇ , When light is irradiated, water is decomposed by a light absorption reaction, and protons, electrons, and oxygen gas are formed.
  • ammonia can be synthesized without using hydrogen gas, and fossil fuels such as natural gas as a conventional hydrogen source are not used.
  • fossil fuels such as natural gas as a conventional hydrogen source are not used.
  • the anode is provided with a photocatalyst, and the anode zone is irradiated with light, and water is decomposed by a photocatalytic reaction to form protons, electrons, and oxygen gas. It is preferable.
  • the anode substrate for example, indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO) or the like is preferably used.
  • ITO indium tin oxide
  • FTO fluorine tin oxide
  • a Ni porous body for example, a Ni porous body, a Ni porous body supporting nickel, iron or ruthenium, carbon paper, or a carbon paper supporting nickel, iron or ruthenium is preferably used.
  • the photocatalyst may be a so-called visible light responsive photocatalyst that can express photocatalytic activity with visible light.
  • visible light responsive photocatalysts include oxynitride compounds typified by TaON, LaTiO 2 N, CaNbO 2 N, LaTaON 2 and CaTaO 2 N, and Sm 2 Ti 2 S 2 O 7. that oxysulfide compound, and CaIn 2 O 4, SrIn 2 O 4, ZnGa 2 O 4, etc. Na 2 Sb 2 O 6 oxide containing metal ions of d 10 electronic states represented by like.
  • the light irradiated to the anode zone is preferably sunlight or visible light irradiated from a light irradiation lamp.
  • a xenon lamp or a krypton lamp is preferably used as the light irradiation lamp. Since these visible lights have the highest energy, by using these lights, the decomposition reaction of water proceeds rapidly, and ammonia can be synthesized with high efficiency.
  • Example 1 First, the electrolyte of the electrolyte phase, with sulfuric acid (H 2 SO 4) aqueous solution of 0.002 N.
  • sulfuric acid H 2 SO 4
  • aqueous solution of 0.002 N As the anode, indium tin oxide (ITO) was used for the substrate, and TaON, which is a visible light responsive photocatalyst, was applied to the ITO substrate as a photocatalyst.
  • the Ni porous body was used for the cathode.
  • an anode having a photocatalyst and a cathode are disposed at a predetermined interval, and water (H 2 O) is supplied to the anode zone, and visible light is formed by a xenon lamp. Light was irradiated at 300W. Thereby, in the anode zone, water was decomposed by the photocatalytic reaction, and protons (H + ), electrons (e ⁇ ), and oxygen gas (O 2 ) were formed.
  • nitrogen gas (N 2 ) was passed through the cathode zone at a flow rate of 100 ml / min.
  • a voltage of 2.8 to 3.4 V was applied between the electrodes, and the ionic conductivity of the electrolyte at that time was measured.
  • electrons (e ⁇ ) generated in the anode zone are transferred to the cathode zone via the lead wire, and in the cathode zone, nitrogen gas (N 2 ) receives the electrons (e ⁇ ), N 3 ⁇ was formed, and ammonia (NH 3 ) was generated by the reaction of protons (H + ) moving from the anode zone to the cathode zone side in the electrolyte phase with N 3 ⁇ .
  • the produced ammonia was discharged from the apparatus together with the nitrogen gas circulating in the cathode zone.

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Abstract

　水素ガスを用いることなくアンモニアの合成が可能であり、従来の水素源としての天然ガス等の化石燃料を使用しないため、化石燃料の高騰によるアンモニア製造コストの上昇や、炭酸ガス排出による環境負荷がなく、しかも常温・常圧での合成であるため、エネルギー消費や設備規模が小さくてすみ、経済性に優れている、アンモニアの合成方法を提供する。　アンモニアの合成方法は、電解質相に、陽極と陰極とが所定間隔をおいて配置され、陽極ゾーンには、水が供給されるとともに、光が照射されて、光吸収反応により水が分解して、プロトン、電子および酸素ガスが形成され、陰極ゾーンには、窒素ガスが供給され、陽極ゾーンで生じた電子が、リード線を介して陰極ゾーンに移行せしめられて、陰極ゾーンにおいてＮ３－が形成され、陽極ゾーンから電解質相内を陰極ゾーン側に移動してきたプロトンと、Ｎ３－との反応により、アンモニアが合成される。

Description

アンモニアの合成方法
　本発明は、アンモニアの合成方法、さらに詳しくは、水素ガスを用いることなくアンモニアの合成が可能である、アンモニアの合成方法に関するものである。
 従来のアンモニア合成プロセスは、合成原料である水素源として、天然ガス等の化石燃料を使用している。そのため、化石燃料の高騰によるアンモニア製造コストの上昇や、炭酸ガス（ＣＯ２）排出による環境負荷が課題となっている。
 化石燃料を用いない水素の製造方法としては、水の電気分解を用いた電解法、太陽光による水の光触媒分解法、太陽熱や核エネルギーを用いた熱化学法がある。
 これらの水素を用いてアンモニアを合成する方法としては、ハーバーボッシュ法が採用されている。ここで、ハーバーボッシュ法は、水素ガスと窒素ガスからアンモニアを合成する方法であり、鉄系の三元系触媒の存在下、水素ガスと窒素ガスとを反応させることによってアンモニアを製造するものである。
 ハーバーボッシュ法は、合成効率が高いため、現在でも、アンモニア合成法の主流であるが、ハーバーボッシュ法は高温・高圧での合成であるため、エネルギー消費や設備規模が大きく、しかも炭化水素の水蒸気改質によって水素ガスを得る際に、多量の炭酸ガス（ＣＯ２）を排出するという問題があった。
 上記問題を改善する方法として、水素ガスを用いない方法の開発が行われており、このようなアンモニアの合成方法に関わる特許文献には、下記のようなものがある。
　まず、特許文献１に開示されているアンモニア電解合成装置は、水と窒素とからアンモニアを電解合成する装置であって、電解浴に供給する水蒸気の種類と電解浴を撹拌する手段とを工夫したものである。このアンモニア電解合成装置は、（１）電解浴である溶融塩に微細化された水蒸気とＮ３－とを供給することによってアンモニアを合成する装置であり、（２）溶融塩にガス成分を供給し、ガス成分を含む溶融塩の上昇流によって溶融塩を撹拌する手段と、（３）水蒸気の反応によって生じるＯ２－を酸化して酸素ガスを発生させる陽極と、（４）窒素ガスを還元してＮ３－を発生させる陰極とを有することを特徴とするものである。
 ここで、溶融塩は、アルカリ金属ハロゲン化物及びアルカリ土類金属ハロゲン化物からなる群から選択される少なくとも１種である。また、微細化された水蒸気は、気泡径が１００ｎｍ～１０ｍｍである。さらに、微細化された水蒸気は、溶融塩１ｃｍ３当たりに気泡が１０個～１０００万個含まれるように供給されるというものである。
 つぎに、特許文献２に開示されているアンモニア合成装置は、窒素ガスが供給されるメッシュ状または多孔質状の陰極と、陰極上の窒化物固体電解質層と、窒化物固体電解質層上に設けられたメッシュ状または多孔質状の陽極と、陽極上に設けられ、水素を吸着解離する触媒層とを備えることを特徴とし、陽極に陰極に対して正の電位を加えることで、窒化物固体電解質層において電気化学的に窒素陰イオンを生成し、陽極において窒素陰イオンを酸化し原子状窒素を得、陽極において、原子状窒素と触媒層上に吸着解離させた原子状水素とを反応させることで、アンモニアを合成するものである。
特開２００９－８４６１５号公報 特開２００５－２７２８５６号公報
　しかしながら、上記特許文献１に記載のアンモニア合成装置によれば、アルカリ金属ハロゲン化物及びアルカリ土類金属ハロゲン化物からなる溶融塩の電解浴を用いているため、やはり高温でのアンモニア合成となり、エネルギーの消費が非常に大きいという問題があった。また、上記特許文献２に記載のアンモニア合成装置によれば、水素源としては水素ガスを供給する必要があり、燃料に化石燃料を使用する課題は解決されていない。
　本発明の目的は、上記の従来技術の問題を解決し、水素ガスを用いることなくアンモニアの合成が可能であり、従来の水素源としての天然ガス等の化石燃料を使用しないため、化石燃料の高騰によるアンモニア製造コストの上昇や、炭酸ガス（ＣＯ２）排出による環境負荷がなく、しかも常温・常圧での合成であるため、エネルギー消費や設備規模が小さくてすみ、経済性に優れている、アンモニアの合成方法を提供することにある。
　本発明者らは、上記の点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、陽極ゾーンにおいて、水に光を照射すると、光吸収反応により水が分解して、プロトン、電子および酸素ガスが形成され、その電子を、窒素ガスが供給される陰極ゾーンに移行させて、陰極ゾーンにおいてＮ３－を形成し、このＮ３－と、陽極ゾーンからのプロトンとの反応により、アンモニアが合成されることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
　上記の目的を達成するために、請求項１のアンモニアの合成方法の発明は、電解質相に、陽極と陰極とが所定間隔をおいて配置され、陽極ゾーンには、水（Ｈ２Ｏ）が供給されるとともに、光が照射されて、光吸収反応により水が分解して、プロトン（Ｈ＋）、電子（ｅ－）および酸素ガス（Ｏ２）が形成され、陰極ゾーンには、窒素ガス（Ｎ２）が供給され、陽極ゾーンで生じた電子（ｅ－）が、リード線を介して陰極ゾーンに移行せしめられて、陰極ゾーンにおいてＮ３－が形成され、陽極ゾーンから電解質相内を陰極ゾーン側に移動してきたプロトン（Ｈ＋）と、Ｎ３－との反応により、アンモニア（ＮＨ３）が合成されることを特徴としている。
 請求項２の発明は、請求項１に記載のアンモニアの合成方法であって、陽極に光触媒が具備されており、陽極ゾーンに光が照射されて、光触媒反応により水が分解して、プロトン、電子および酸素ガスが形成されるようになされていることを特徴としている。
 請求項３の発明は、請求項１または２に記載のアンモニアの合成方法であって、陽極ゾーンに照射される光が、太陽光、または光照射ランプより照射される可視光であることを特徴としている。
　請求項１のアンモニアの合成方法の発明は、電解質相に、陽極と陰極とが所定間隔をおいて配置され、陽極ゾーンには、水（Ｈ２Ｏ）が供給されるとともに、光が照射されて、光吸収反応により水が分解して、プロトン（Ｈ＋）、電子（ｅ－）および酸素ガス（Ｏ２）が形成され、陰極ゾーンには、窒素ガス（Ｎ２）が供給され、陽極ゾーンで生じた電子（ｅ－）が、リード線を介して陰極ゾーンに移行せしめられて、陰極ゾーンにおいてＮ３－が形成され、陽極ゾーンから電解質相内を陰極ゾーン側に移動してきたプロトン（Ｈ＋）と、Ｎ３－との反応により、アンモニア（ＮＨ３）が合成されることを特徴とするもので、請求項１の発明によれば、水素ガスを用いることなくアンモニアの合成が可能であり、従来の水素源としての天然ガス等の化石燃料を使用しないため、化石燃料の高騰によるアンモニア製造コストの上昇や、炭酸ガス（ＣＯ２）排出による環境負荷がなく、しかも常温・常圧での合成であるため、エネルギー消費や設備規模が小さくてすみ、経済性に優れているという効果を奏する。
 請求項２の発明は、請求項１に記載のアンモニアの合成方法であって、陽極に光触媒が具備されており、陽極ゾーンに光が照射されて、光触媒反応により水が分解して、プロトン、電子および酸素ガスが形成されるようになされていることを特徴とするもので、請求項２の発明によれば、光触媒を使用することにより、水の分解反応が速やかに進み、高効率でアンモニアを合成することができるという効果を奏する。
 請求項３の発明は、請求項１または２に記載のアンモニアの合成方法であって、陽極ゾーンに照射される光が、太陽光、または光照射ランプより照射される可視光であることを特徴とするもので、請求項３の発明によれば、太陽光、および光照射ランプより照射される可視光が、最も高いエネルギーを有するものであるため、これらの光を用いることにより、水の分解反応が速やかに進み、やはり高効率でアンモニアを合成することができるという効果を奏する。
本発明によるアンモニアの合成方法の実施装置の具体例を示すフローシートである。
　つぎに、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　図１は、本発明によるアンモニアの合成方法の実施装置の具体例を示すもので、同図を参照すると、本発明によるアンモニアの合成方法は、電解質相に、陽極と陰極とが所定間隔をおいて配置されている。
　陽極ゾーンには、水（Ｈ２Ｏ）が供給されるとともに、光が照射されて、光吸収反応により水が分解して、プロトン（Ｈ＋）、電子（ｅ－）および酸素ガス（Ｏ２）が形成される。
　陰極ゾーンには、窒素ガス（Ｎ２）が供給され、陽極ゾーンで生じた電子（ｅ－）が、リード線を介して陰極ゾーンに移行せしめられて、陰極ゾーンにおいてＮ３－が形成され、陽極ゾーンから電解質相内を陰極ゾーン側に移動してきたプロトン（Ｈ＋）と、Ｎ３－との反応により、アンモニア（ＮＨ３）が合成される陽極ゾーンには、水が供給されるとともに、光が照射されて、光吸収反応により水が分解して、プロトン、電子および酸素ガスが形成されるものである。
　本発明によるアンモニアの合成方法において、陽極ゾーンおよび陰極ゾーンでの化学反応は、つぎの通りである。
　陽極反応：Ｈ２Ｏ＋ｈｖ→１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ－
 陰極反応：Ｎ２＋６ｅ－ → ２Ｎ３－
　　　　 ：Ｎ３－＋３Ｈ＋→ＮＨ３
　本発明のアンモニアの合成方法によれば、水素ガスを用いることなくアンモニアの合成が可能であり、従来の水素源としての天然ガス等の化石燃料を使用しないため、化石燃料の高騰によるアンモニア製造コストの上昇や、炭酸ガス（ＣＯ２）排出による環境負荷がなく、しかも常温・常圧での合成であるため、エネルギー消費や設備規模が小さくてすみ、経済性に優れている。
 本発明によるアンモニアの合成方法においては、陽極に光触媒が具備されており、陽極ゾーンに光が照射されて、光触媒反応により水が分解して、プロトン、電子および酸素ガスが形成されるようになされていることが好ましい。
 ここで、陽極の基板としては、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、フッ素錫酸化物（ＦＴＯ）などを用いるのが好ましい。
 また、陰極としては、例えばＮｉ多孔体、ニッケル、鉄もしくはルテニウムを担持したＮｉ多孔体、カーボンペーパー、またはニッケル、鉄もしくはルテニウムを担持したカーボンペーパーなどを用いるのが好ましい。
 光触媒としては、いわゆる可視光応答型光触媒で、可視光で光触媒活性を発現するものであればよい。このような可視光応答型光触媒としては、例えば、ＴａＯＮ、ＬａＴｉＯ２Ｎ、ＣａＮｂＯ２Ｎ、ＬａＴａＯＮ２、ＣａＴａＯ２Ｎに代表されるオキシナイトライド化合物、Ｓｍ２Ｔｉ２Ｓ２Ｏ７等に代表されるオキシサルファイド化合物、およびＣａＩｎ２Ｏ４、ＳｒＩｎ２Ｏ４、ＺｎＧａ２Ｏ４、Ｎａ２Ｓｂ２Ｏ６に代表されるｄ１０電子状態の金属イオンを含む酸化物などが挙げられる。
 このような光触媒を使用することにより、水の分解反応が速やかに進み、高効率でアンモニアを合成することができる。
　本発明によるアンモニアの合成方法においては、陽極ゾーンに照射される光が、太陽光、または光照射ランプより照射される可視光であることが好ましい。ここで、光照射ランプとしては、例えばキセノンランプ、クリプトンランプなどを使用することが好ましい。これらの可視光は、最も高いエネルギーを有するものであるため、これらの光を用いることにより、水の分解反応が速やかに進み、やはり高効率でアンモニアを合成することができる。
 つぎに、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
　まず、電解質相の電解質には、０．００２Ｎの硫酸（Ｈ２ＳＯ４）水溶液を用いた。陽極は、基板にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を用い、光触媒として可視光応答型光触媒であるＴａＯＮを、ＩＴＯ基板に塗布して担持した。また、陰極には、Ｎｉ多孔体を用いた。
　そして、上記電解質相において、光触媒を具備する陽極と、陰極とが、所定間隔をおいて配置され、陽極ゾーンには、水（Ｈ２Ｏ）が供給されるとともに、キセノンランプにより可視光線からなる光を、３００Ｗで照射した。これにより、陽極ゾーンでは、光触媒反応により水が分解して、プロトン（Ｈ＋）、電子（ｅ－）および酸素ガス（Ｏ２）が形成された。
　一方、陰極ゾーンには、窒素ガス（Ｎ２）を、１００ｍｌ／ｍｉｎの流速で流通させた。
　電極間には、２．８～３．４Ｖの電圧を印加し、その時の電解質のイオン伝導度を測定した。これにより、陽極ゾーンで生じた電子（ｅ－）が、リード線を介して陰極ゾーンに移行せしめられて、陰極ゾーンにおいては、窒素ガス（Ｎ２）が電子（ｅ－）を受け取ることにより、Ｎ３－が形成され、陽極ゾーンから電解質相内を陰極ゾーン側に移動してきたプロトン（Ｈ＋）と、Ｎ３－との反応により、アンモニア（ＮＨ３）が生成された。生成したアンモニアは、陰極ゾーンに流通している窒素ガスとともに装置から排出された。
 本発明の実施例によるアンモニアの合成方法において、陽極ゾーンおよび陰極ゾーンでの化学反応は、つぎの通りであった。
 陽極反応：Ｈ２Ｏ＋ｈｖ→１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ－
 陰極反応：Ｎ２＋６ｅ－ → ２Ｎ３－
　　　　 ：Ｎ３－＋３Ｈ＋→ＮＨ３
　この結果、アンモニア合成反応開始前の硫酸水溶液よりなる電解質相のイオン伝導度は、０．８４ｍＳ／ｃｍであるのに対し、アンモニア合成反応後の硫酸水溶液電解質相のイオン伝導度は、０．５０ｍＳ／ｃｍに低下しており、アンモニアが生成していることが確認された。

Claims (3)

  1. 　電解質相に、陽極と陰極とが所定間隔をおいて配置され、陽極ゾーンには、水（Ｈ２Ｏ）が供給されるとともに、光が照射されて、光吸収反応により水が分解して、プロトン（Ｈ＋）、電子（ｅ－）および酸素ガス（Ｏ２）が形成され、陰極ゾーンには、窒素ガス（Ｎ２）が供給され、陽極ゾーンで生じた電子（ｅ－）が、リード線を介して陰極ゾーンに移行せしめられて、陰極ゾーンにおいてＮ３－が形成され、陽極ゾーンから電解質相内を陰極ゾーン側に移動してきたプロトン（Ｈ＋）と、Ｎ３－との反応により、アンモニア（ＮＨ３）が合成されることを特徴とする、アンモニアの合成方法。
  2. 　陽極に光触媒が具備されており、陽極ゾーンに光が照射されて、光触媒反応により水が分解して、プロトン、電子および酸素ガスが形成されるようになされていることを特徴とする、請求項１に記載のアンモニアの合成方法。
  3. 　陽極ゾーンに照射される光が、太陽光、または光照射ランプより照射される可視光であることを特徴とする、請求項１または２に記載のアンモニアの合成方法。
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