2019 Fiscal Year Annual Research Report

Electrochemical production of elemental fluorine in room temperature molten salts

Research Project

Project/Area Number	17K19175
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	萩原理加京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (30237911)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	松本一彦京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (30574016)
Project Period (FY)	2017-06-30 – 2020-03-31
Keywords	フッ素 / 電解 / 溶融塩 / フッ化銅 / フルオロハイドロジェネート / 陽極効果
Outline of Annual Research Achievements	近年、フッ素ガスを用いた研究が農薬、工学分野などで注目されており、工業的、および研究室レベルでの需要も高まっている。しかし、フッ素ガスには安全性や関連する法規制の問題から大量に購入、保管することが難しいという問題点がある。現在のフッ素ガスの製造はK[(FH)2F]溶融塩(融点: 71.7°C)を約90°Cにおいて電気分解することでアノードから得られる。この方法では電気分解の際に稼働温度が高いため、昇温装置や、アノードとカソードからそれぞれ発生するフッ素ガスと水素ガスの圧力調整等が必要になり、装置が大型化してしまうため、研究室あるいは小規模な工業レベルでのフッ素電解製造は難しい。そこで我々は、小規模なフッ素ガス製造法の開発を目的とし、電解液にCs[(FH)2.45F]を用いたフッ素ガス電解製造法を提案している。Cs[(FH)2.45F]は融点が低い(融点: 16.9°C)、HFの解離圧が低い、電気伝導率が高いなど、コストを除けばフッ素ガス製造の電解浴として優れた性質を示す。さらに、電解液にCuF2を溶解させることで、カソード反応を水素ガスの発生でなくCuF2の還元による金属銅の析出とすることができる。それにより、フッ素ガスと水素ガスの混合の可能性は極めて低くなり、安全上有利であるとともに、装置の小型化が可能である。現在までに小型セルでの試験で、予備電解後の電解で、純度98％のF2を得ることに成功した。主な不純物はO2,OF2,CO2などであり、脱水電解などによる浴中の水分除去が重要であることがわかった。K[(FH)2F]溶融塩電解時に見られる、電解電圧の急激な上昇とともに電流が流れなくなる、いわゆる陽極効果の発生は本系では観測されなかった。