2015 Fiscal Year Annual Research Report
酸化物ナノ粒子へのガス吸着を利用した蓄熱材料の原理実証
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26630342
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高村 仁 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30250715)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / 蓄熱材料 / 水蒸気吸着 / 潜熱利用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、酸化物ナノ粒子表面への水蒸気吸着に伴う吸着熱を室温近傍の蓄熱に応用することを目的とし、セリア(CeO2)ナノ粒子の合成、比表面積・粒径と吸着熱の評価に加えて、水蒸気吸着を利用した蓄熱デバイスとしての原理実証を行った。昨年度までに、シングルナノの粒径を有するセリアナノ粒子の合成とその吸着熱の評価を完了し、今年度は吸着熱の増加とデバイスとしての動作実証を行った。
吸着熱の増加に関しては、ナノ粒子合成後に表面に残存する有機物の除去が有効と示唆されたため、セリアナノ粒子への熱酸化処理とオゾン酸化処理を試みた。結果として、未酸化処理のセリアナノ粒子の水蒸気吸着量、17 cm3/g (25℃、相対圧 p/p0=0.06)に対して、熱酸化処理では同条件で18 cm3/gと吸着量に変化は見られなかった。一方、オゾン酸化後の吸着量は34 cm3/gに倍増しており、オゾン酸化が第一層吸着量の増加に有効であることを見出した。また、オゾン酸化処理はセリアナノ粒子表面の親水性を高める効果が高いことも確認された。また、高吸着熱材料の探索としてLiBH4への水蒸気吸着も試み一水和物の作製に成功した。
続いて蓄熱デバイスの原理実証を試みた。試料にはオゾン酸化されたセリアナノ粒子を用いた。まず100℃に昇温された管状炉の中でセリアナノ粒子表面に吸着している水蒸気を脱着した。その後合成空気雰囲気下で2時間保持し室温に降温した。続いて室温にて水蒸気分圧1.23 kPaの湿潤ガスを試料中へ導入し温度変化を測定した。結果として、水蒸気吸着による0.5℃の温度上昇が約1時間継続することを確認し、酸化物ナノ粒子表面への水蒸気吸着による蓄熱効果を実証した。
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