環境浄化/物質変換を同時に行う新規な電気化学メンブレンリアクターシステムの構築

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13355032
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 三浦 則雄 九州大学, 先端科学技術共同研究センター, 教授 (70128099)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石原 達巳 大分大学, 工学部, 助教授 (80184555) ; 山添 昇 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (40037817) ; 寺岡 靖剛 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (70163904) ; 瀬戸口 稔彦 三菱重工業(株), 長崎研究所, 主任(研究職) ; 正宝 敏貴 麻生セメント(株), 中央研究所, 研究員
• Keywords: 混合誘導体 / ペロブスカイト / メンブレンリアクタ / 酸素透過膜 / 環境浄化 / メタン部分酸化 / NO_X分解

Research Abstract

本年度は、提案している電気化学システムの各工程の検討を行い、以下のような結果を得た。
1)BサイトにCoを含まないYb-Ba-(Cu,Ni)-Fe系ペロブスカイト酸素透過膜材料の検討を行い、置換量を制御すれば室温で立方晶構造を安定化できること500℃程度から酸素透過能が発現することを見出した。2)La-Sr-Co-Oの多孔質支持体の作製と評価を行った結果、RHP法による1100℃焼結により、約1μmの均一な孔を有する支持体が作製できることがわかった。また、吸引コート法などによる緻密膜作製を試みたところ、膜厚1μmの比較的緻密な膜を形成できた。3)La_<0.1>Sr_<0.9>Mn_<0.1>O_3は酸素透過性と耐還元性を併せ持つ材料で、メタンによるNO還元メンブレンリアクタ用材料として優れた特性を示すことを見出した。また、SrFe_<0.6>Mn_<0.4>O_3などは従来知られているLSCF系と遜色ない酸素透過能を示すこと、Ba-Co-Fe-O系をベースとするペロブスカイトは最高水準の酸素透過能を示すことがわかった。4)LSGF用酸素解離触媒としてLa_<0.1>Sr_<0.9>Fe_<0.1>O_3またはLa_<0.5>Sr_<0.5>CoO_3が有効であることを示した。LSGFはイオン輸率が0.5と大きいため、電気化学的な酸素ポンプと併用するとさらに大きな酸素透過速度が達成できた。また、La-Fe-(Sr, Sc)-O系が比較的良好な酸素透過能を示すことがわかった。5)La-Sr-Mn-O系材料を支持管として、La-Sr-Co-Fe-Oで水を分散媒としたスリップを作製してスラリーコート法により成膜を試みたところ、ある程度の厚膜の作製が可能であった。6)メンブレンリアクタのシステム設計に反映するため、種々の酸素分離技術の現状,用途,競合技術および要求性能などを調査した結果、本提案システムはかなり有望な技術であることがわかった。

Research Products

• [Publications] Kazuya Kinoshita: "Influence of A-Site Partial Substitution for BaCo0.7Fe0.3O3 Oxide on Perovskite Structure and Oxygen Permeability"Chemistry Letters. 3. 344-345 (2002)
• [Publications] Kazuya Kinoshita: "High Temperature PTC Thermistor Using Ba Cobaltite"Chemistry Letters. 3. 412-413 (2002)
• [Publications] H.Kusaba: "Temperature-swing based oxygen enrichment by using perovskite-type oxies"The Journal of Materials Science Letters. 21. 407-409 (2002)
• [Publications] H.Kusaba: "Oxygen-sorptive and -desorptive properties of perovskite-related oxides under temperature-swing conditions for oxygen enrichment"Solid State Ionics. 152-153. 689-694 (2002)
• [Publications] Y.Teraoka: "Catalytic Effects in Oxygen Permeation through Mixed-Conductive LSCF Perovskite Membranes"Solid State Ionics. 152-153. 681-687 (2002)
• [Publications] T.Ishihara: "La(Sr)Ga(Fe)O_3 Perovskite Oxide (LSGF) as a New Mixed Ionic-Electronic Conductor for Oxygen Permeating Membrane"J. Electrochem. Soc. 150. E17-E23 (2003)
• [Publications] T.Ishihara: "Fe doped LaGaO_3 perovskite oxide as an oxygen separating membrane for CH_4 partial oxidation"Solid Sate Ionics. 152-153. 709-714 (2002)
• [Publications] T.Ishihara: "Mixed electronic-oxide ionic conductor of BaCO_3 doped with La for cathode of intermediate Temperature operating solid oxide fuel cell"Solid Sate Ionics. 152-153. 609-615 (2002)
• [Publications] 石原達己: "Fe, Sr添加LaGaO_3系酸化物を酸素分離膜に用いた膜型反応器によるCH_4部分酸化反応"Japan Petroleum Institute. 45. 32-38 (2002)