ハイドレート利用の高含有率・高速貯蔵可能な水素貯蔵マテリアルの開発

利用水合物开发高含量高速储氢材料

基本信息

批准号：
11J04923
负责人：
小松博幸
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は, ハイドレート利用の水素貯蔵プロセスの開発を行う上で重要となる, 水素分子の固定化能力と移動促進能力の支配因子を特定し, この双方の観点から貯蔵マテリアルとして最適化する方法論を確立することを目的とする. 24年度の検討に引き続き, tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB)やtetra-n-butyl ammonium chloride (TBAC), tetra-n-butyl ammonium fluoride (TBAF)を用いたセミクラスレートハイドレート粒子への水素の平衡吸着挙動に関する研究を行った. その際, 水素吸着量の経時変化に対して, 新規速度論モデルによる解析を行い, 水素吸着速度および拡散速度の観点から膜状ハイドレートの有用性を評価した. さらに, バイオガス利用の水素精製プロセスでは, 高濃度二酸化炭素を含んだ水素混合ガスとなるため, ガス分離および水素貯蔵一体型の高効率貯蔵プロセスについても検討を行った.平成25年度の検討にて, TBAFセミクラスレートハイドレートの平衡水素吸着量は形成条件により変化することを確認した. 24年度における結果と合わせると, 吸着量の観点から2.6mol% TBAB添加時にHS-I構造, 3.7mol% TBAB, 3.2mol% TBACおよび3.0mol% TBAF添加時にTS-I構造, 3.3mol% TBAF添加時にてSCS-I構造のセミクラスレートハイドレートが形成されると考えられる. 新規速度論モデルによる解析を行った結果, 吸着速度はガス吸着可能なサイトの数密度が減少するほど増大するが, 拡散速度はその数密度が増大するほど増大することを明らかにした.膜状ハイドレートの貯蔵特性に関して, 平衡吸着量および拡散係数を用いて透過性を推算し評価を行った. 温度269Kにおいて, HS-I構造のTBABセミクラスレートハイドレートは水素貯蔵量および透過性ともに優れていることを示唆した. しかしながら, H_2/CO_2選択率は10程度と低い値が推算された, 一方, SCS-I構造のTBAFセミクラスレートハイドレートは, H_2/CO_2選択率は100以上と高く, また, 高い分解温度や水素透過性を有することから, ガス分離および水素貯蔵一体型プロセスに適していることが示唆された.

这项研究旨在确定氢分子固定和增强转移能力的管理因素，这些因素对于使用水合物开发氢存储过程很重要，并建立了一种从两个角度将其作为存储材料优化的方法。在2012年的研究之后，我们对使用TETRA-N-N-丁基溴化铵（TBAB），TETRA-N-N-叔丁基氯化铵（TBAC）和TETRA-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-NBUTYLY-NBUTYLY-NBUTYLY（TBAF）进行了研究。在这项研究中，我们进行了一种新的动力学模型，从氢吸附速率和扩散速率的角度评估了膜样水合物的实用性。此外，在使用沼气的氢纯化过程中，我们具有含有高浓度的二氧化碳的氢混合气体是一种氢混合物，我们还研究了一个高效的储存过程，该过程结合了气体分离和氢的储存。在2013年的研究中，已确认TBAF半层水合物的平衡氢吸附量取决于形成条件。结合2012年的结果，人们认为添加2.6 mol％TBAB时的HS-I结构是添加3.2 mol％TBAC和3.0 mol％TBAF时的TS-I结构，并添加3.3 mol％TBAF时SCS-I结构。通过使用新动力学模型进行分析的结果，随着气体吸附位点的数量密度降低，吸附速率的增加。结果表明，随着数量密度的增加，扩散率会增加。关于膜水合物的储存特性，使用平衡吸附量和扩散系数估算了渗透率。在269K的温度下，HS-I结构的TBAB半层水合物在氢存量和渗透性方面都非常出色。但是，H_2/CO_2的选择性估计低至10低，而SCS-I结构的TBAF半层液在100或以上的水分高较高，H_2/CO_2的选择性很高，高分解温度和氢的渗透性表明它适合气体分离和氢气储存过程。