| 研究課題/領域番号 |
17K19175
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
萩原 理加 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (30237911)
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| 研究分担者 |
松本 一彦 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (30574016)
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| 研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| キーワード | 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 |
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| 研究実績の概要 |
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。昨年度までに小型セルでの試験で、予備電解後の電解で、電解効率85％を得ている。今年度は赤外分光法による発生ガス中の不純物ガス分析を行った。不純物はIR不活性であるO2を除けば、微量のCF4やOF2,CO2などであった。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の有無に関する検討も行った。その結果、陽極効果の発生は本系では観測されなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
常温で水素発生を伴わず、フッ素ガスを電解製造するという当初の目的は達しているが、ガスの純度について、主成分のフッ素および不純物酸素の正確な定量が技術的に困難であり、発生ガス体積からのおおよその推定に留まっている。本電解条件では陽極効果がが観測されず、実用上大きなメリットになると考えられる。アノード材料の改質、改良により、不純物量の低減も期待できる。現在実用セルに近い形の電解セルを設計・製作中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
フッ素ガスの定量についてはヨウ化物イオンの酸化により発生するヨウ素を酸化還元滴定する方法や水銀との反応により生成するフッ化水銀を定量する方法などを試みたがいずれも定量性が悪い。現在紫外可視スペクトルによる定量を検討している。フッ化銅を飽和溶解させた本溶融塩は、電解による組成変化によっても室温付近で凝固することなく、液体状態を常に保っており、液体構造を検討することも興味深い。フッ素ガスの純度を上げるために電極材料の改良、改質を検討する。また、実用セルに近い形のセル設計、製作を進める。
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