2019 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of the mechanism for hydrogen permeation of Pd-free vanadium membrane and application for hydrogen separation from anmonia
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18K04760
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| Research Institution | Suzuka National College of Technology |
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Principal Investigator |
南部 智憲 鈴鹿工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (10270274)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 金属膜 / 水素透過 / 水素分離 / 酸化 / 還元 / 触媒 / バナジウム酸化物 / アンモニア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は計画している研究の中で、③混合ガスによる水素透過能失活要因の解明と対策に注力して研究を行った。Pd触媒フリーバナジウム膜では、アンモニア分解ガスを想定した水素：窒素＝3：1の割合で混合したガスを供給ガスとした場合、水素分離反応を生じない。そこで純水素を供給し、Pd触媒フリーバナジウム膜が水素を透過している条件下で、供給ガス中に混合ガスを徐々に供給する実験を行った。その結果、窒素ガスをわずか1%混合させるだけで、水素分離反応が停止することが明らかとなった。比較のために、不活性ガスであるヘリウムならびにアルゴンガスを混合したガスによる水素分離試験を実施した結果、ヘリウムおよびアルゴンガスであっても、わずか1%混合させるだけで水素分離反応が停止することが明らかとなった。
不活性ガスを混合しても水素分離反応が停止することから、混合ガス中の不純物の影響に注目し、ガスフィルタを用いて精製したガス同志を混合し、水素を分離する実験を行った。炭化水素フィルタ、水分フィルタ、酸素フィルタを介して、純度99.9999%まで精製した1%ヘリウム混合ガスからの水素分離試験を行った結果、水素分離反応が10時間程度継続できることを明らかにした。ヘリウム濃度を増大させると水素分離反応が停止するが、触媒を用いたヘリウム精製器で精製されたヘリウムガスを用いれば、25%ヘリウム混合ガスでも水素分離反応が生じることを確認した。
これらの結果より、混合ガスを供給するとPd触媒フリーバナジウム膜の水素分離反応が停止する原因はガス中に含まれる不純物であると考えられる。ただし窒素ガスの場合、炭化水素フィルタ、水分フィルタ、酸素フィルタを用いて精製しても、依然混合ガスでは水素分離反応が停止することを確認しており、最適な窒素ガスの精製方法を検討する必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
水素以外のガスを混合した場合にPd触媒フリーバナジウム膜の水素分離反応が停止する条件を明らかにするとともに、その原因がガス中に含まれる主成分以外の不純物であることを突き止めた。また、供給ガスから炭化水素、水分、酸素を除去することにより、混合ガスからの水素分離に成功した。この前処理方法を最適化することにより、本研究計画の目標としているPd触媒フリーバナジウム膜によるアンモニア分解ガスからの水素分離法を確立できると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
Pd触媒フリーバナジウム膜では、ガス中に含まれる炭化水素、水分、酸素の除去が重要であり、ヘリウムやアルゴン等の不活性ガスと比較して、窒素ガスでは不純物の影響が強く出ると考えられる。そこで、触媒を用いて窒素ガスをより高純度に精製したガスを用いた水素分離試験を行い、混合ガスからの水素分離性能を評価する。また、水素分離反応に効果的に寄与しているV2O3の触媒機能に着目し、V2O3が水素分子の解離に必要な電子を与える塩基性がいかほどであるのか、窒素ガスや不純物によって塩基性がどのように変化し、水素分離反応を阻害するのかを学術的に明らかにする。
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| Causes of Carryover |
（理由）コロナウィルスの影響で３月に予定されていた春期学会が中止され、予定していた出張が中止になったために次年度使用額が生じた。
（使用計画）水素分離試験に必要なSUS配管部品等の消耗品の購入に充てる。
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Research Products
(2 results)
