廃棄金属のアルカリ処理による水素および有価物製造

通过碱处理废金属生产氢气和贵重物品

基本信息

批准号：
06J04470
负责人：
平木岳人
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J04470/
关键词：
廃棄Al 廃棄Si X型ゼオライト水素製造ポピュレーションバランス循環利用速度論的解析コプロダクション廃棄アルミニウム廃棄シリコンシステム解析エクセルギーゼオライト高圧水素製造高圧水素アルカリ水溶液水酸化アルミニウム亜臨界

项目摘要

廃棄Al、Siから水素とX型ゼオライトを同時製造するプロセスを提案した。廃棄Al、Siを個別に処理して得られる有価物(Al:Al(OH)_3、Si:Na_2SiO_3)は、いずれも安価(数十円/kg)であり、実用化にはより高い付加価値の製品が求められる。そこで吸着剤などに利用され、市場価格が1000円/kg程度のX型ゼオライト(Na_<86>Al_<86>Si_<106>O_<384>・xH_2O)の合成を試みた。実験結果は、廃棄Al、Siを原料とした場合においても、市販品と同等な比表面積(500m^2/g以上)およびSiAl比(1.23)のX型ゼオライトを合成できることを明らかにした。さらにゼオライト合成時に得られた残渣溶液を原料として循環利用したところ、その繰り返し利用回数はX型ゼオライト製品の特性に影響を及ぼさないこと明らかにした。このプロセスの確立により、廃棄金属の有効利用率を上昇させ、残渣溶液処理における費用と環境負荷の大幅削減が期待できる。ゼオライト合成における反応機構解明の研究は少なく、その多くはX型ゼオライトが対象であり、付加価値の高いX型ゼオライトの報告は極めて少ない。そこでX型ゼオライトの合成プロセスを速度論的に解析した。合成時の水溶液温度が合成速度に与える影響を体系的に調査し、その現象説明にポピュレーションバランスモデルを適用した。その結果、反応におけるゲル相の溶解速度定数および析出速度定数、X型ゼオライトの核発生頻度因子およびX型ゼオライト粒子の成長速度定数の温度依存性を明らかにした。またモデルにより推定した粒径分布は、実験結果と傾向的によく一致し、ゼオライト製造プロセスに広く有用であることを示唆した。

我们提出了一个同时从废物和Si产生氢和X型沸石的过程。通过单独处理废物Al和Si获得的有价值的产品（Al：Al（OH）_3，SI：Na_2sio_3）都是廉价的（几十日元/千克），并且实际使用具有较高添加价值的产品。因此，我们尝试合成X型沸石（Na_ <86> Al_ <86> SI_ <106> O_ <384> XH_2O），该X型XH_2O）被用作吸附剂，市场价格约为1,000日元/千克。实验结果表明，即使将Al和Si丢弃为原材料，X型沸石具有特定的表面积（500 m^2/g或更多），并且可以合成与市售产品相当的SIAL比率（1.23）（1.23）。此外，当将沸石合成期间获得的残基溶液作为原材料回收时，揭示了重复使用的数量不会影响X型沸石产物的特性。通过建立这一过程，预计将有效利用废物，并且将大大减少剩余解决方案的成本和环境负担。几乎没有研究阐明沸石合成中反应的机理，其中大多数是X型沸石，很少有报道的X型沸石具有高添加值。因此，对X型沸石的合成过程进行了动力学分析。系统研究了合成过程中水溶液温度对合成的影响，并应用了种群平衡模型来解释这种现象。结果，阐明了凝胶相的溶解速率常数和降水速率常数，X型沸石的成核频率因子以及X型沸石颗粒的生长速率常数的温度依赖性。此外，该模型估计的粒度分布与实验结果非常吻合，这表明它在沸石制造过程中广泛有用。