反応性セラミック利用型水素製造熱化学サイクルを目指した新材料フェライトの開発

利用反应陶瓷开发针对产氢热化学循环的新材料铁氧体

• 批准号: 08780470
• 负责人: 児玉 竜也
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08780470/
• 关键词: 水分解熱化学サイクル; 水素エネルギー; 太陽熱; 反応性セラミック; フェライト; 鉄合金; ニッケル; インジウム

1200℃以下で下記の水分解熱化学サイクルを構築することを目的として、反応媒体となる反応性セラミック新材料の開発を、複合鉄酸化物(フェライト)のredox系で検討した。MFe_2O_4→MFe_2O_<4-x>+x/2O_2(酸素放出反応)MFe_2O_<4-x>+xH_2O→xH_2+MFe_2O_4(水分解反応)Zn(III)-、Mn(II)-フェライトに加え、マグネタイト(Fe_3O_4)、Ni(II)-、Mg(II)-、Co(II)-、In(II)-フェライトの反応性を調べた。比表面積を大きくし、反応を有利にするために粒径20-50nmの超微粒子を合成し、赤外線イメージ炉で作製した太陽炉モデルの反応炉で実験を行った。酸素放出反応に対する反応性を700℃の低温で速度論的に解析するため、炭素(活性炭)を還元剤として加えた。その結果、M=Zn<Mn<Fe<Co<Mg<In<Niの順で格子酸素の放出速度が増大することがわかった。さらにMg(II)以下のフェライトでは準安定ウスタイトで還元が止まるに対し、In(III)、Ni(II)ではα-Fe+In、Ni-Fe合金の金属相まで還元が進行することが見出された。Ni(II)-フェライトについてはNiとの合金化で金属鉄の生成自由エネルギーが低下することが原因と考えられるが、金属Inが独自に形成されるIn(III)-フェライトでは、Fe(II)への電子の授与にInが触媒的に関与するという興味深い還元機構が推察される。これら金属相は500℃で水蒸気を分解して水素を生成し、ほぼ完全にフェライト相に再酸化されることが確認された。次に、In(III)-、Ni(II)-フェライトで活性炭を用いず900℃以下においてN_2気流中での酸素放出反応を試みた結果、金属相の生成はほとんど起らなかった。これらフェライトにさらに改良を加える必要があるが、本研究で見出されたNi(II)-フェライトの低温のおけるNi-Fe合金への転移を、さらにInの触媒効果を利用し低温化することが期待でき、現在、Ni(II)-In(III)-フェライトによって検討中である。

The temperature is below 1200 ℃. Under the temperature of 1200 ℃, the water hydrolysis chemistry, the chemical reaction, the chemical reaction, the chemical hydrolysis, the chemical hydrolysis, the MFe_2O_4 Emission MFe_2O_<4-x>+x/2O_2 (Acid Emission reaction) MFe_2O_<4-x&gt + xH_ 2OBXH _ 2+MFe_2O_4 (Water decomposition reaction) Zn (III) -, Mn (II)-Water decomposition reaction (Fe_3O_4), Ni (II) -, Mg (II) -, Co (II) -, In (II)-Thermal decomposition reaction. The size of 20-50nm ultrafine particles is much higher than that of the surface area, and it is beneficial to the synthesis of ultrafine particles with a particle size of 20-10. The acid is released from the reaction temperature of 700 ℃ and the speed theory of low temperature. The results showed that the release rate of lattice acid was much higher than that of manganese zinc and zinc ltters. the results showed that the release rate of lattice acid was very high. The following temperature control Mg (II) is used to stabilize the temperature and reduce the temperature. In (III), Ni (II), α-Fe+In, and Ni-Fe alloys are used to reduce the temperature and temperature of the alloy. Ni (II)-- the reason for the formation of free metal alloy Ni alloy is that the reason for the formation of metal In alone is that In (III), Fe (II), and Fe (II) are used to treat In catalyst. The metal phase is decomposed by steam at 500 ℃, the water element is formed, and the phase is reacidified completely. Secondary, In (III) -, Ni (II)-activated carbon was used to release monosodium acid from N _ 2 stream at the temperature below 900C. The results of the test showed that the metal phase was formed. In this study, Ni (Ni)-In (III)-Ni (II)-In (III)-in this study, the results of this study show that there is a need to improve the temperature of the alloy.

项目成果

児玉竜也: "High Reactive Redox Pair of Wustite/Ferrite for Thermochemical H_2 Production Cycle" Proceedings of the First Trabzon International Energy and Environment Symposium. 2巻. 877-882 (1996)

Tatsuya Kodama：“用于热化学 H_2 生产循环的高活性氧化还原对维铁体/铁氧体”第一届特拉布宗国际能源与环境研讨会论文集第 2 卷。877-882 (1996)。

児玉竜也: "Characterization of Ultrafine Ni_xFe_<3-x>O_4 Particles Synthesized by Co-Precipitation : Size Regulation Magnetic Properties" 日本応用磁気学会誌. 20巻6号. 305-306 (1996)

Tatsuya Kodama：“共沉淀合成的超细 Ni_xFe_<3-x>O_4 颗粒的表征：尺寸调节磁性”日本应用磁学学会杂志，第 20 卷，第 6 期。305-306（1996 年）。

児玉竜也: "Reactive and Selective Redox System of Ni(II)-Ferrite for a Two-Step CO and H_2 Production Cycle from Carbon and Water" Energy. 21巻12号. 1147-1156 (1996)

Tatsuya Kodama：“利用碳和水进行两步 CO 和 H_2 生产循环的 Ni(II)-铁氧体反应和选择性氧化还原系统”，第 21 卷，第 12 期。1147-1156 (1996)

児玉竜也: "Synthesis and Characterization of Ultrafine Mn(II)-Bearing Ferrite of Type Mn_xFe_<3-x>O_4 by Coprecipitation" Materials Research Bulletin. 31巻12号. 1501-1512 (1996)

Tatsuya Kodama：“通过共沉淀法合成和表征 Mn_xFe_<3-x>O_4 型超细 Mn(II) 铁氧体”材料研究通报，第 31 卷，第 12 期。1501-1512 (1996)

北山淑江: "Methane-Coupling and Hydrogen-Generation Cycle Using a Redox System of Mn(II)-Ferrite" Proceedings of the First Trabzon International Energy and Environment Symposium. 2巻. 883-888 (1996)

Yoshie Kitayama：“利用锰(II)-铁氧体氧化还原系统进行甲烷偶联和氢生成循环”第一届特拉布宗国际能源与环境研讨会论文集第 2 卷。883-888 (1996)。