JP2014012626A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、水を水素と酸素とに分解するための水分解方法および水分解装置に関する。 The present invention relates to a water splitting method and a water splitting apparatus for splitting water into hydrogen and oxygen.
近年、地球温暖化などの問題に基づく省エネルギの観点から、家庭用燃料電池システムなどのコージェネレーションシステムや燃料電池自動車などのように、水素エネルギを利用した技術が注目されている。 In recent years, from the viewpoint of energy saving based on problems such as global warming, technologies using hydrogen energy have attracted attention, such as cogeneration systems such as household fuel cell systems and fuel cell vehicles.
このような水素エネルギを利用した技術に用いられる水素を製造する技術としては、従来から、水の電気分解による方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。 As a technique for producing hydrogen used in such a technique using hydrogen energy, a method based on electrolysis of water is conventionally known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
しかしながら、上述の特許文献１および特許文献２のような水の電気分解では、電極の周囲のみでしか酸化還元反応が起こらず、水が分解される範囲が限られるため、分解にかかる反応時間が長くなり分解量も少なく、効率的に水を分解できないという問題が考えられる。 However, in the electrolysis of water as in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, the oxidation-reduction reaction occurs only around the electrode, and the range in which water is decomposed is limited. There is a problem that water is not decomposed efficiently because it is long and the amount of decomposition is small.
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、効率的に水を分解できる水分解方法および水分解装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a point, and it aims at providing the water-splitting method and water-splitting apparatus which can decompose | disassemble water efficiently.
請求項１に記載された水分解方法は、水を水素と酸素とに分解する水分解方法であって、分解する水の活性化エネルギを光触媒により低下させた状態にて、その水にマイクロ波を照射するとともに紫外線を照射するものである。 The water splitting method according to claim 1 is a water splitting method for splitting water into hydrogen and oxygen, and in the state where the activation energy of the splitting water is reduced by a photocatalyst, the water is microwaved. Ru der irradiates the ultraviolet irradiates a.
請求項２に記載された水分解方法は、請求項１に記載された水分解方法において、金属が担持された光触媒を用いるものである。 The water splitting method described in claim 2 uses the photocatalyst on which a metal is supported in the water splitting method described in claim 1 .
請求項３に記載された水分解方法は、請求項１または２に記載された水分解方法において、分解する水に電解質を添加するものである。 A water splitting method according to claim 3 is the water splitting method according to claim 1 or 2 , wherein an electrolyte is added to water to be decomposed.
請求項４に記載された水分解方法は、請求項１ないし３いずれか一に記載された水分解方法において、マイクロ波の周波数は、分解する水の酸化還元電位に基づいて設定するものである。 The water splitting method according to claim 4 is the water splitting method according to any one of claims 1 to 3, wherein the microwave frequency is set based on a redox potential of water to be decomposed. .
請求項５に記載された水分解方法は、請求項１ないし４いずれか一に記載の水分解方法において、水の分解にて発生した酸素を活性炭により二酸化炭素にするものである。 A water splitting method according to claim 5 is the water splitting method according to any one of claims 1 to 4 , wherein oxygen generated by water splitting is converted into carbon dioxide by activated carbon.
請求項６に記載された水分解装置は、水が供給される反応槽と、前記反応槽内の水にマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、前記反応槽内の水に紫外線を照射する紫外線照射手段と、少なくとも水の分解により発生する水素を回収する回収手段とを備え、前記反応槽の内側面に光触媒が設けられたものである。 The water splitting apparatus according to claim 6 irradiates the water in the reaction tank with a reaction tank to which water is supplied, microwave irradiation means for irradiating the water in the reaction tank with microwaves, and ultraviolet light. An ultraviolet irradiation means and a recovery means for recovering at least hydrogen generated by the decomposition of water are provided, and a photocatalyst is provided on the inner surface of the reaction vessel .
請求項７に記載された水分解装置は、請求項６に記載された水分解装置において、光触媒は、金属が担持されているものである。 The water splitting device according to claim 7 is the water splitting device according to claim 6 , wherein the photocatalyst carries a metal.
請求項８に記載された水分解装置は、請求項６または７一に記載された水分解装置において、分解する水に電解質を添加する電解質供給手段を備えたものである。 The water splitting device according to claim 8 is the water splitting device according to claim 6 or 7 , wherein the water splitting device includes an electrolyte supply means for adding an electrolyte to the water to be decomposed.
請求項９に記載された水分解装置は、請求項６ないし８いずれか一に記載された水分解装置において、水の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定手段を備え、マイクロ波照射手段から照射されるマイクロ波の周波数は、前記酸化還元電位測定手段にて測定された酸化還元電位に基づいて設定されるものである。 A water splitting device according to claim 9 is the water splitting device according to any one of claims 6 to 8 , further comprising a redox potential measuring means for measuring a redox potential of water, from a microwave irradiation means. The frequency of the irradiated microwave is set based on the redox potential measured by the redox potential measuring means.
請求項１０に記載された水分解装置は、請求項６ないし９いずれか一に記載された水分解装置において、回収手段は、水素を回収する水素回収手段と、酸素を回収する酸素回収手段とを有し、光触媒および前記酸素回収手段の少なくとも一方に活性炭が担持されているものである。 The water splitting device according to claim 10 is the water splitting device according to any one of claims 6 to 9 , wherein the recovery means includes a hydrogen recovery means for recovering hydrogen, an oxygen recovery means for recovering oxygen. The activated carbon is supported on at least one of the photocatalyst and the oxygen recovery means.
請求項１に記載された発明によれば、水にマイクロ波を照射するとともに紫外線を照射するため、広範囲で酸化還元反応を起こすことができ、効率的に水を分解できる。 According to the invention described in claim 1, since water is irradiated with microwaves and irradiated with ultraviolet rays, an oxidation-reduction reaction can be caused in a wide range, and water can be efficiently decomposed.
また、分解する水の活性化エネルギを光触媒により低下させた状態にて、水にマイクロ波および紫外線を照射し、効率的に水を分解できる。 Further , water can be efficiently decomposed by irradiating water with microwaves and ultraviolet rays in a state where the activation energy of the water to be decomposed is lowered by the photocatalyst.
請求項２に記載された発明によれば、分解する水の活性化エネルギを金属が担持された光触媒により低下させた状態にて、水にマイクロ波および紫外線を照射し、効率的に水を分解できる。 According to the invention described in claim 2 , in the state where the activation energy of the water to be decomposed is lowered by the photocatalyst on which the metal is supported, the water is irradiated with microwaves and ultraviolet rays to efficiently decompose the water. it can.
請求項３に記載された発明によれば、分解する水に電解質を添加するため、分解する水の酸化還元電位を低下でき、効率的に水を分解できる。 According to the invention described in claim 3 , since the electrolyte is added to the water to be decomposed, the redox potential of the water to be decomposed can be lowered, and the water can be efficiently decomposed.
請求項４に記載された発明によれば、マイクロ波の周波数を、分解する水の酸化還元電位に基づいて設定するため、より適切な周波数のマイクロ波を選択して、効率的に水を分解できる。 According to the invention described in claim 4 , since the microwave frequency is set based on the redox potential of the water to be decomposed, the microwave having a more appropriate frequency is selected to efficiently decompose the water. it can.
請求項５に記載された発明によれば、水の分解にて発生した酸素を活性炭により二酸化炭素にするため、一旦分解された酸素と水素とが再度化合することを防止できる。 According to the invention described in claim 5 , since oxygen generated by the decomposition of water is converted into carbon dioxide by activated carbon, it is possible to prevent the once decomposed oxygen and hydrogen from being combined again.
請求項６に記載された発明によれば、マイクロ波照射手段と紫外線照射手段とを備えているため、マイクロ波および紫外線の照射により、反応槽内の広範囲で酸化還元反応を起こすことができ、効率的に水を分解できる。 According to the invention described in claim 6 , since the microwave irradiation means and the ultraviolet irradiation means are provided, the oxidation-reduction reaction can be caused in a wide range in the reaction tank by the irradiation of the microwave and the ultraviolet ray. It can decompose water efficiently.
また、反応槽の内側面に光触媒が設けられているため、光触媒により反応槽内の水の活性化エネルギを低下させて、効率的に水を分解できる。 Moreover, since the photocatalyst is provided in the inner surface of the reaction tank, the activation energy of the water in the reaction tank can be reduced by the photocatalyst, and water can be efficiently decomposed.
請求項７に記載された発明によれば、光触媒に金属が担持されているため、この金属によって反応槽内に電位差が発生し、効率的に水を分解できる。 According to the invention described in claim 7 , since the metal is supported on the photocatalyst, a potential difference is generated in the reaction tank by this metal, and water can be efficiently decomposed.
請求項８に記載された発明によれば、電解質供給手段を備えているため、電解質により反応槽内の水の酸化還元電位を低下でき、効率的に水を分解できる。 According to the eighth aspect of the invention, since the electrolyte supply means is provided, the oxidation-reduction potential of water in the reaction tank can be lowered by the electrolyte, and water can be efficiently decomposed.
請求項９に記載された発明によれば、酸化還元電位測定手段を備えているため、分解する水の酸化還元電位に基づいてマイクロ波の周波数を設定でき、より適切な周波数のマイクロ波を選択して、効率的に水を分解できる。 According to the ninth aspect of the present invention, since the redox potential measuring means is provided, the microwave frequency can be set based on the redox potential of the water to be decomposed, and a microwave having a more appropriate frequency is selected. Thus, water can be efficiently decomposed.
請求項１０に記載された発明によれば、光触媒および酸素回収手段の少なくとも一方に活性炭が担持されているため、水の分解にて発生した酸素を活性炭により二酸化炭素にして、一旦分解された酸素と水素とが再度化合することを防止できる。 According to the invention described in claim 10 , since activated carbon is supported on at least one of the photocatalyst and the oxygen recovery means, oxygen generated by the decomposition of water is converted into carbon dioxide by activated carbon, and once decomposed oxygen And hydrogen can be prevented from combining again.
以下、本発明の第１の実施の形態の構成について図面を参照を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the first exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１および図２において、１は水分解装置であり、この水分解装置１は、いわゆる縦置き型で、給水手段２から供給される水を水素と酸素とに分解して、これら水素および酸素を回収する。なお、水は、例えば水道水などの上水および天然水などから適宜選択できる。 In FIG. 1 and FIG. 2, 1 is a water splitting device. This water splitting device 1 is a so-called vertical type, which splits water supplied from a water supply means 2 into hydrogen and oxygen, and these hydrogen and oxygen Recover. The water can be appropriately selected from, for example, tap water such as tap water and natural water.
このような水分解装置１は、給水手段２が接続された反応槽３を備えている。この反応槽３には、反応槽３内の水にマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段４が設けられている。また、反応槽３には、反応槽３内の水に紫外線を照射する紫外線照射手段５が設けられている。さらに、反応槽３には、水の分解により発生する水素および酸素を回収する回収手段としての水素回収手段６および酸素回収手段７が設けられている。また、反応槽３の内側面全体には、反応槽３内の水の活性化エネルギを低下させる光触媒８が設けられている。 Such a water splitting apparatus 1 includes a reaction tank 3 to which a water supply means 2 is connected. The reaction tank 3 is provided with microwave irradiation means 4 for irradiating the water in the reaction tank 3 with microwaves. The reaction tank 3 is provided with ultraviolet irradiation means 5 for irradiating the water in the reaction tank 3 with ultraviolet rays. Further, the reaction tank 3 is provided with a hydrogen recovery means 6 and an oxygen recovery means 7 as recovery means for recovering hydrogen and oxygen generated by the decomposition of water. A photocatalyst 8 that reduces the activation energy of water in the reaction tank 3 is provided on the entire inner surface of the reaction tank 3.
なお、反応槽３内や給水手段２には、図示しない酸化還元電位測定手段が設けられ、反応槽３内にて分解される水の酸化還元電位を測定可能な構成が好ましい。 The reaction tank 3 and the water supply means 2 are preferably provided with a redox potential measuring means (not shown) so that the redox potential of water decomposed in the reaction tank 3 can be measured.
反応槽３は、円筒状のいわゆるオーバル形であり、平面視では軸方向の両端部が円弧状の角丸長方形状の耐圧容器である。この反応槽３の耐圧能力は、水の分解時に発生する熱や給水による圧力に基づき、１０Ｍｐａ以上であると好ましい。 The reaction tank 3 is a so-called oval shape having a cylindrical shape, and is a pressure vessel having a rounded rectangular shape in which both ends in the axial direction are arcuate in a plan view. The pressure resistance of the reaction tank 3 is preferably 10 Mpa or more based on heat generated during the decomposition of water and pressure due to water supply.
また、反応槽３は、分解する水の酸化還元電位を低減するために、炭酸などの電解質を供給する図示しない電解質供給手段が設けられた構成が好ましい。 The reaction tank 3 preferably has an electrolyte supply means (not shown) for supplying an electrolyte such as carbonic acid in order to reduce the redox potential of water to be decomposed.
反応槽３内では、図２に示すように、反応槽３内の略中心軸上に紫外線照射手段５が配置されている。また、反応槽３内における紫外線照射手段５の外側に２つのマイクロ波照射手段４が紫外線照射手段５を挟むように配置されている。 In the reaction tank 3, as shown in FIG. 2, the ultraviolet irradiation means 5 is arrange | positioned on the approximate center axis | shaft in the reaction tank 3. As shown in FIG. Two microwave irradiation means 4 are arranged outside the ultraviolet irradiation means 5 in the reaction tank 3 so as to sandwich the ultraviolet irradiation means 5.
マイクロ波照射手段４は、例えばマグネトロンなどである。このマイクロ波照射手段４は、電源11に接続されて、所定の周波数のマイクロ波を照射する。なお、マイクロ波の周波数は、０．２ＧＨｚ以上５ＧＨｚ以下の範囲を選択する。通常は、例えば一般的な電子レンジと同様の２．４５ＧＨｚに設定されるが、酸化還元電位測定手段により測定された水の酸化還元電位に基づいて設定することが好ましい。 The microwave irradiation means 4 is, for example, a magnetron. This microwave irradiation means 4 is connected to a power source 11 and irradiates microwaves of a predetermined frequency. Note that the microwave frequency is selected in the range of 0.2 GHz to 5 GHz. Usually, for example, it is set to 2.45 GHz similar to a general microwave oven, but it is preferable to set based on the oxidation-reduction potential of water measured by the oxidation-reduction potential measuring means.
また、マイクロ波照射手段４は、反応槽３の軸方向の一方側の端部から他方側へのびるように配置され接地側となるマイクロ波放射電極12と、反応槽３の軸方向の他方側の端部から一方側へのびるように配置されたマイクロ波受信電極13とを有している。 Further, the microwave irradiation means 4 is arranged so as to extend from one end portion in the axial direction of the reaction tank 3 to the other side, and serves as a ground side, and the other side in the axial direction of the reaction tank 3. And a microwave receiving electrode 13 arranged so as to extend from one end to the other side.
そして、マイクロ波照射手段４は、反応槽３内において、接地側であるマイクロ波放射電極12からマイクロ波受信電極13へ向かってマイクロ波を放射する。マイクロ波放射電極12から放射されたマイクロ波は、光触媒８に向かって反応槽３内全体へ拡散しながら最終的にマイクロ波受信電極13に受信される。そして、このようにマイクロ波照射手段４から照射され反応槽３内全体へ拡散したマイクロ波は、水中でプラズマを発生させ水分子の共有結合および水素結合を解離する状態にして、水の分解反応を促進させる。 The microwave irradiation means 4 radiates microwaves from the microwave radiation electrode 12 on the ground side toward the microwave reception electrode 13 in the reaction tank 3. The microwave radiated from the microwave radiation electrode 12 is finally received by the microwave reception electrode 13 while diffusing into the entire reaction tank 3 toward the photocatalyst 8. The microwave irradiated from the microwave irradiation means 4 and diffused throughout the reaction tank 3 in this way generates plasma in water and dissociates the covalent bond and hydrogen bond of water molecules, thereby decomposing water. To promote.
紫外線照射手段５は、例えば紫外線ランプなどであり、反応槽３内における水の圧力などを考慮すると、周囲に図示しない石英ガラスや水晶などの耐熱性や耐圧性に優れた保護層が設けられた構成が好ましい。特に、石英ガラスは、紫外線の透過率が高く、紫外線を効率的に放射できるので好ましい。 The ultraviolet irradiation means 5 is, for example, an ultraviolet lamp, and in consideration of the pressure of water in the reaction vessel 3, a protective layer having excellent heat resistance and pressure resistance such as quartz glass and quartz (not shown) is provided around the periphery. A configuration is preferred. In particular, quartz glass is preferable because it has a high ultraviolet transmittance and can emit ultraviolet rays efficiently.
この紫外線照射手段５は、電源11に接続されて、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の範囲から選択された波長の紫外線を照射する。そして、照射された紫外線は、反応槽３内にて光触媒８に向かって拡散する。 This ultraviolet irradiation means 5 is connected to the power source 11 and irradiates ultraviolet rays having a wavelength selected from the range of 100 nm or more and 400 nm or less. The irradiated ultraviolet light diffuses toward the photocatalyst 8 in the reaction vessel 3.
このように紫外線照射手段５から照射された紫外線は、マイクロ波によって共有結合および水素結合が解離する状態にされた水に酸化還元反応を起こし、水分子の共有結合および水素結合を切断して、水素と酸素とに分解する。 Thus, the ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet irradiation means 5 cause a redox reaction in the water in which the covalent bond and the hydrogen bond are dissociated by the microwave, and break the covalent bond and the hydrogen bond of the water molecule, Decomposes into hydrogen and oxygen.
水素回収手段６は、反応槽３内におけるマイクロ波照射手段４の外側にて、紫外線照射手段５を中心とした円周上に配置された複数、例えば８つの水素透過パイプ15を有している。また、これら各水素透過パイプ15の一端部には水素回収ライン16が接続されている。 The hydrogen recovery means 6 has a plurality of, for example, eight hydrogen permeation pipes 15 arranged on the circumference around the ultraviolet irradiation means 5 outside the microwave irradiation means 4 in the reaction tank 3. . A hydrogen recovery line 16 is connected to one end of each hydrogen permeation pipe 15.
水素透過パイプ15は、例えばＮｂ＋Ｗ＋Ｍｏ合金などで構成された水素透過膜にて形成されて水素を透過可能な筒状のパイプ本体17を有している。また、このパイプ本体17の内側の空間部18は、水素回収ライン16に連通している。そして、パイプ本体17を透過して空間部18に存在する水素が、空間部18から水素回収ライン16を通って回収される。 The hydrogen permeable pipe 15 has a cylindrical pipe body 17 that is formed of a hydrogen permeable film made of, for example, an Nb + W + Mo alloy and is permeable to hydrogen. The space 18 inside the pipe body 17 communicates with the hydrogen recovery line 16. Then, hydrogen existing in the space 18 through the pipe body 17 is recovered from the space 18 through the hydrogen recovery line 16.
酸素回収手段７は、反応槽３内における水素透過パイプ15の外側にて、紫外線照射手段５を中心とした円周上に配置された複数、例えば８つの酸素透過パイプ21を有している。また、これら各酸素透過パイプ21の一端部には、酸素回収ライン22が接続されている。 The oxygen recovery means 7 has a plurality of, for example, eight oxygen permeation pipes 21 arranged on the circumference centering on the ultraviolet irradiation means 5 outside the hydrogen permeation pipe 15 in the reaction tank 3. An oxygen recovery line 22 is connected to one end of each oxygen permeable pipe 21.
酸素透過パイプ21は、例えば酸素透過性セラミックスなどで構成された酸素透過膜にて形成されて、酸素を透過可能な筒状のパイプ本体23を有している。また、このパイプ本体23の内側の空間部24は、酸素回収ライン22に連通している。そして、パイプ本体23を透過して空間部24に存在する酸素が、空間部24から酸素回収ライン22を通って回収される。 The oxygen permeable pipe 21 is formed of an oxygen permeable film made of, for example, oxygen permeable ceramics and has a cylindrical pipe body 23 that is permeable to oxygen. Further, the space portion 24 inside the pipe body 23 communicates with the oxygen recovery line 22. The oxygen present in the space portion 24 through the pipe body 23 is recovered from the space portion 24 through the oxygen recovery line 22.
なお、水素回収ライン16および酸素回収ライン22は、例えば図示しないアスピレータなどの吸引手段が接続され、水素透過パイプ15内の水素や酸素透過パイプ21の酸素を吸引可能な構成にすることが好ましい。 The hydrogen recovery line 16 and the oxygen recovery line 22 are preferably connected to suction means such as an aspirator (not shown) so that the hydrogen in the hydrogen permeable pipe 15 and the oxygen in the oxygen permeable pipe 21 can be sucked.
光触媒８は、例えば酸化チタンなどであり、反応槽３の内側面全体に連続して内張りされている。また、光触媒８は、図３に示すように、立体的な形状である。具体的には、光触媒８は、反応槽３の内側面から突出した略六角錐状の基部26を有しており、平坦な場合に比べて、表面積が大きく反応槽３内の水に接触する面積が大きい。また、基部26の中央には、基部26から突出した突起部27が設けられており、この突起部27にマイクロ波や紫外線が導かれる。 The photocatalyst 8 is, for example, titanium oxide or the like, and is continuously lined on the entire inner surface of the reaction tank 3. The photocatalyst 8 has a three-dimensional shape as shown in FIG. Specifically, the photocatalyst 8 has a substantially hexagonal pyramidal base portion 26 protruding from the inner surface of the reaction tank 3, and has a larger surface area than that of a flat surface, and contacts the water in the reaction tank 3. Large area. In addition, a projection 27 protruding from the base 26 is provided at the center of the base 26, and microwaves and ultraviolet rays are guided to the projection 27.
次に、上記第１の実施の形態における水分解方法について説明する。 Next, the water splitting method in the first embodiment will be described.
水分解装置１にて水を分解する際には、まず、給水手段２から水を供給し、反応槽３内に水を充填する。なお、給水手段２は、水の分解中も常時所定量の水を反応槽３内に供給する。 When water is decomposed by the water splitting device 1, first, water is supplied from the water supply means 2 and the reaction tank 3 is filled with water. The water supply means 2 always supplies a predetermined amount of water into the reaction tank 3 even during the decomposition of the water.
また、水の供給とともに、電解質供給手段により電解質を供給して、反応槽３内の水に電解質を添加することにより反応槽３内の水の酸化還元電位を低下させる。 Further, along with the supply of water, an electrolyte is supplied by an electrolyte supply means, and the electrolyte is added to the water in the reaction tank 3 to reduce the redox potential of the water in the reaction tank 3.
反応槽３内に供給された水は、反応槽３の内側面に設けられた光触媒、および、添加された電解質により、活性化エネルギが低下する。 The activation energy of the water supplied into the reaction vessel 3 is reduced by the photocatalyst provided on the inner surface of the reaction vessel 3 and the added electrolyte.
ここで、水を分解する際には、水に対して水素および酸素を分解するための活性化エネルギ以上のエネルギを与えて、水分子を遷移状態にすることが重要である。 Here, when water is decomposed, it is important to give water more energy than the activation energy for decomposing hydrogen and oxygen to bring water molecules into a transition state.
そこで、反応槽３内に設けられた光触媒８、および、反応槽３内の水に添加された電解質の作用によって、あらかじめ水の活性化エネルギを低下させることで、水が分解しやすい状態になる。 Therefore, by reducing the activation energy of water in advance by the action of the photocatalyst 8 provided in the reaction tank 3 and the electrolyte added to the water in the reaction tank 3, the water is easily decomposed. .
なお、光触媒８は、反応物である水に接することによって活性化エネルギを低下させるので、光触媒８を図３に示すように立体的な構成にすると、平坦な場合に比べて光触媒８の表面積が大きくなり、より効率的に活性化エネルギを低下できる。 In addition, since the photocatalyst 8 reduces the activation energy by coming into contact with water as a reactant, the surface area of the photocatalyst 8 can be reduced when the photocatalyst 8 is configured in a three-dimensional configuration as shown in FIG. The activation energy can be reduced more efficiently.
このように水の活性化エネルギを低下させた状態で、マイクロ波照射手段４により反応槽３内の水にマイクロ波を照射するとともに、紫外線照射手段５により反応槽３内の水に紫外線を照射する。 In this state where the activation energy of water is lowered, the microwave irradiation means 4 irradiates the water in the reaction tank 3 with microwaves, and the ultraviolet irradiation means 5 irradiates the water in the reaction tank 3 with ultraviolet rays. To do.
マイクロ波照射手段４は、接地側であるマイクロ波放射電極12からマイクロ波受信電極13へ向かってマイクロ波が照射される。このようにマイクロ波放射電極12から放射されたマイクロ波は、光触媒８の突起部27に導かれるように拡散しながら最終的にマイクロ波受信電極13に受信される。 The microwave irradiation means 4 irradiates the microwave from the microwave radiation electrode 12 on the ground side toward the microwave reception electrode 13. Thus, the microwave radiated from the microwave radiation electrode 12 is finally received by the microwave reception electrode 13 while being diffused so as to be guided to the protrusion 27 of the photocatalyst 8.
反応槽３内にてマイクロ波が突起部27に向かって拡散することにより、反応槽３内においてほぼ均一にマイクロ波が照射されて、反応槽３内の広い範囲で水中にプラズマが発生し、泡が発生する。 In the reaction tank 3, the microwave diffuses toward the protrusion 27, so that the microwave is irradiated almost uniformly in the reaction tank 3, and plasma is generated in water in a wide area in the reaction tank 3, Bubbles are generated.
このように水中にプラズマが発生すると、その振動により、水分子における水素原子同士の水素結合、および、水素原子と酸素原子との共有結合が解離できる状態になり、水分子の分解における励起状態となる。 When plasma is generated in water in this way, the vibration causes hydrogen bonds between hydrogen atoms in water molecules and covalent bonds between hydrogen atoms and oxygen atoms to be dissociated. Become.
ここで、水に酸化還元反応を起こして分解する際には、分解する水に、水素の酸化還元電位および酸素の酸化還元電位より大きい電位を与えることが重要である。 Here, when the water is decomposed by causing an oxidation-reduction reaction, it is important to give a potential higher than the oxidation-reduction potential of hydrogen and the oxidation-reduction potential of oxygen to the water to be decomposed.
すなわち、水は、負極の電位が水素イオンの酸化還元電位より負に大きくならないと、水素イオンへ電子が移動できない。また、正極の電位が酸素イオンの酸化還元電位より正に大きくならないと、酸素イオンから電子が移動できない。 That is, water cannot transfer electrons to hydrogen ions unless the potential of the negative electrode is negatively greater than the redox potential of hydrogen ions. In addition, electrons cannot move from oxygen ions unless the potential of the positive electrode is positively greater than the oxidation-reduction potential of oxygen ions.
そこで、マイクロ波を照射することにより、水に水素イオンの酸化還元電位および酸素イオンの酸化還元電位より大きい電位を与え、水における初期電子にエネルギを加えて初期電子を加速し高エネルギ電子とする。また、この高エネルギ電子が、水分子、水素原子および酸素原子と衝突することで、高エネルギ電子と水分子、水素原子および酸素原子との間でエネルギが移動する。そして、このエネルギの移動によってエネルギが交換されて、中性の分子や原子がイオンと電子とに電離し、励起状態となる。 Therefore, by irradiating with microwaves, water is given a potential higher than the redox potential of hydrogen ions and the redox potential of oxygen ions, and energy is added to the initial electrons in water to accelerate the initial electrons to make high-energy electrons. . In addition, when the high energy electrons collide with water molecules, hydrogen atoms, and oxygen atoms, energy is transferred between the high energy electrons and the water molecules, hydrogen atoms, and oxygen atoms. Then, the energy is exchanged by this energy transfer, and neutral molecules and atoms are ionized into ions and electrons to be in an excited state.
したがって、マイクロ波により水素イオンの酸化還元電位および酸素イオンの酸化還元電位より大きい電位を与えることによって、水素イオンおよび酸素イオンが電子をやり取りできる状態となり、水が紫外線の作用によって分解しやすい状態となる。 Therefore, by applying a potential higher than the oxidation-reduction potential of hydrogen ions and the oxidation-reduction potential of oxygen ions by microwaves, hydrogen ions and oxygen ions can exchange electrons, and water is easily decomposed by the action of ultraviolet rays. Become.
また、反応槽３内の水に電解質を添加することにより、水の酸化還元電位を低下できるため、マイクロ波によって効率的に水分子を励起状態にできる。 Moreover, since the oxidation-reduction potential of water can be lowered by adding an electrolyte to the water in the reaction tank 3, water molecules can be efficiently excited by microwaves.
なお、分解する水によって成分が若干異なり、例えば、水道水を分解する場合であってもその水道水を得る場所によって成分が若干異なるため、その水の酸化還元電位がそれぞれ異なる。そこで、マイクロ波の周波数は、分解する水の酸化還元電位を勘案して、その水の水素および酸素それぞれの酸化還元電位に基づいて設定することが好ましい。 It should be noted that the components differ slightly depending on the water to be decomposed. For example, even when tap water is decomposed, the components differ slightly depending on the location from which the tap water is obtained, and therefore the redox potential of the water differs. Therefore, the frequency of the microwave is preferably set based on the redox potentials of the hydrogen and oxygen of the water in consideration of the redox potential of the water to be decomposed.
具体的には、水における特定物質の酸化還元電位は、ネルンストの式に基づいて求めることができる。すなわち、Ｅを酸化還元電位とし、Ｅ０を標準電極電位とし、Ｒを気体定数（８．３１４Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ）とし、Ｔを絶対温度（Ｋ）とし、ｎを酸化還元反応で授受される電子数（移動電子数）とし、Ｆをファラデー定数とし、［ｏｘ］を特定物質の酸化型活量とし、［ｒｅｄ］を特定物質の還元型活量とすると、Ｅ＝Ｅ０＋（ＲＴ／ｎＦ）ｌｎ（［ｏｘ］／［ｒｅｄ］）にて示される。 Specifically, the oxidation-reduction potential of a specific substance in water can be obtained based on the Nernst equation. That is, E is an oxidation-reduction potential, E 0 is a standard electrode potential, R is a gas constant (8.314 J / K · mol), T is an absolute temperature (K), and n is exchanged by an oxidation-reduction reaction. Assuming that the number of electrons (the number of mobile electrons), F is the Faraday constant, [ox] is the oxidation activity of the specific substance, and [red] is the reduction activity of the specific substance, E = E 0 + (RT / nF) ln ([ox] / [red]).
したがって、分解する水について、酸化還元電位測定手段により上記各要素を測定して水素および酸素の酸化還元電位を算出し、水素および酸素の酸化還元電位より電位が大きくなるようにマイクロ波の周波数を設定することが好ましい。 Therefore, for the water to be decomposed, the above-mentioned elements are measured by the redox potential measuring means to calculate the redox potential of hydrogen and oxygen, and the microwave frequency is set so that the potential becomes larger than the redox potential of hydrogen and oxygen. It is preferable to set.
参考までに、日本国内の各種水、各地の水の酸化還元電位は、約−３９０ｍＶ以上７７３ｍＶ以下の範囲である。 For reference, the oxidation-reduction potentials of various waters in Japan and waters in various places are in the range of about −390 mV to 773 mV.
紫外線は、化学線と呼ばれ、照射対象物に対して化学的な作用を及ぼすもので、酸化還元反応促進能力を有する。このような紫外線を、マイクロ波の照射によって水素結合および共有結合が励起状態となった水に照射すると、水に酸化還元反応が起きて水素結合および共有結合が切断されて水が水素と酸素とに分解される。 Ultraviolet rays are called actinic radiation and have a chemical effect on the object to be irradiated, and have the ability to promote redox reactions. When such ultraviolet rays are irradiated to water in which hydrogen bonds and covalent bonds are excited by microwave irradiation, an oxidation-reduction reaction occurs in the water, and the hydrogen bonds and covalent bonds are cut off. Is broken down into
このような水の分解により発生した水素は、水素透過パイプ15のパイプ本体17を透過し、水素回収ライン16に接続されたアスピレータなどにて吸引されて、空間部18から水素回収ライン16に回収される。 Hydrogen generated by such water decomposition passes through the pipe body 17 of the hydrogen permeation pipe 15 and is sucked by an aspirator or the like connected to the hydrogen recovery line 16 and recovered from the space 18 to the hydrogen recovery line 16. Is done.
また、水の分解により発生した酸素は、酸素透過パイプ21にパイプ本体23を透過し、酸素回収ライン22に接続されたアスピレータなどにて吸引されて、空間部24から酸素回収ライン22に回収される。 Further, oxygen generated by the decomposition of water passes through the pipe body 23 to the oxygen permeable pipe 21, is sucked by an aspirator connected to the oxygen recovery line 22, and is recovered from the space 24 to the oxygen recovery line 22. The
次に、上記第１の実施の形態の効果を説明する。 Next, the effect of the first embodiment will be described.
上記第１の実施の形態によれば、反応槽３内の水にマイクロ波照射手段４によりマイクロ波を照射するとともに、紫外線照射手段５により紫外線を照射することによって、マイクロ波により水素結合および共有結合を解離状態にして水分子を励起状態にできるとともに、この励起状態で紫外線が作用することにより酸化還元反応を起こして、水を水素と酸素とに分解できる。したがって、例えば上記特許文献１および特許文献２などの従来の水の電気分解のような電極を介して分解しないため、酸化還元反応が起こる場所が電極近傍に限定されず、反応槽３内におけるマイクロ波および紫外線が照射された広い範囲で酸化還元反応を起こすことができ、効率的に水を分解できる。 According to the first embodiment, the water in the reaction vessel 3 is irradiated with microwaves by the microwave irradiating means 4 and also irradiated with ultraviolet rays by the ultraviolet irradiating means 5, thereby hydrogen bonding and sharing by microwaves. The bond can be dissociated to bring the water molecule into an excited state, and ultraviolet light acts in this excited state to cause an oxidation-reduction reaction, thereby decomposing water into hydrogen and oxygen. Therefore, for example, since it is not decomposed via an electrode such as conventional electrolysis of water such as Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, the place where the oxidation-reduction reaction occurs is not limited to the vicinity of the electrode. A redox reaction can occur in a wide range irradiated with waves and ultraviolet rays, and water can be efficiently decomposed.
また、反応槽３内に光触媒８が設けられたことにより、分解する水の活性化エネルギを光触媒８にて低下させた状態にて、水にマイクロ波および紫外線を照射できるため、効率的に水を分解できる。 In addition, since the photocatalyst 8 is provided in the reaction tank 3, the water can be irradiated with microwaves and ultraviolet rays in a state where the activation energy of the water to be decomposed is reduced by the photocatalyst 8. Can be disassembled.
この光触媒８は、反応槽３の内周面から立体的に突出した構成にすることにより、平坦な構成の場合に比べて反応槽３内の水に対する光触媒８の表面積を大きくできるため、より効率的に活性化エネルギを低下できる。 Since this photocatalyst 8 has a configuration that protrudes three-dimensionally from the inner peripheral surface of the reaction vessel 3, the surface area of the photocatalyst 8 with respect to the water in the reaction vessel 3 can be increased compared to the case of a flat configuration, and thus more efficient. The activation energy can be reduced.
また、光触媒８は、突起部27を有することにより、反応槽３内にて、マイクロ波および紫外線が突起部27に導かれるように拡散しやすいため、反応槽３内全体のできるだけ広い範囲で酸化還元反応を起こすことができ、効率的に水を分解できる。 In addition, since the photocatalyst 8 has the protrusion 27, microwaves and ultraviolet rays are easily diffused in the reaction tank 3 so as to be guided to the protrusion 27. Therefore, the photocatalyst 8 is oxidized in the widest possible range of the entire reaction tank 3. A reduction reaction can occur and water can be efficiently decomposed.
反応槽３は、オーバル形の構成にすることにより、マイクロ波および紫外線が反応槽３内にて均一に拡散して照射されやすいため、効率的に水を分解できる。 By making the reaction tank 3 have an oval configuration, microwaves and ultraviolet rays are easily diffused and irradiated easily in the reaction tank 3, so that water can be efficiently decomposed.
反応槽３に電解質供給手段が設けられたことにより、分解する水に電解質を添加できるため、電解質によって水の酸化還元電位を低下させて、効率的に水を分解できる。 Since the electrolyte supply means is provided in the reaction tank 3, the electrolyte can be added to the water to be decomposed, so that the redox potential of the water can be lowered by the electrolyte and the water can be efficiently decomposed.
また、酸化還元電位測定手段が設けられ、この酸化還元電位測定手段にて測定した水の酸化還元電位に基づいてマイクロ波の周波数を設定することによって、より適切な周波数のマイクロ波を選択できるため、正確に水素原子および酸素原子を励起状態にでき、効率的に水を分解できる。 In addition, since a redox potential measuring means is provided, and a microwave frequency is set based on the redox potential of water measured by the redox potential measuring means, a microwave having a more appropriate frequency can be selected. It is possible to accurately bring hydrogen atoms and oxygen atoms into an excited state, and to efficiently decompose water.
さらに、回収手段としての水素回収手段６および酸素回収手段７が設けられたことにより、水の分解により生じる水素および酸素の両方を正確に回収できる。 Furthermore, by providing the hydrogen recovery means 6 and the oxygen recovery means 7 as recovery means, it is possible to accurately recover both hydrogen and oxygen generated by the decomposition of water.
なお、上記第１の実施の形態では、反応槽３内におけるマイクロ波照射手段４、紫外線照射手段５、水素回収手段６および酸素回収手段７について、図２に示す配置や数としたが、反応槽３内におけるマイクロ波照射手段４、紫外線照射手段５、水素回収手段６および酸素回収手段７の配置および数は、上記第１の実施の形態の配置に限定されず、適宜設計可能である。 In the first embodiment, the microwave irradiation means 4, the ultraviolet irradiation means 5, the hydrogen recovery means 6 and the oxygen recovery means 7 in the reaction tank 3 have the arrangement and number shown in FIG. The arrangement and number of the microwave irradiation means 4, the ultraviolet irradiation means 5, the hydrogen recovery means 6 and the oxygen recovery means 7 in the tank 3 are not limited to the arrangement of the first embodiment, and can be appropriately designed.
反応槽３は、オーバル形の耐圧容器である構成としたが、このような構成には限定されず、マイクロ波および紫外線の照射により水を分解できる構成であればどのような形状をした反応槽を用いてもよい。 The reaction vessel 3 is configured as an oval pressure vessel. However, the reaction vessel 3 is not limited to such a configuration. The reaction vessel 3 may have any shape as long as it can decompose water by irradiation with microwaves and ultraviolet rays. but it may also be used.
光触媒８は、立体的な基部26と突起部27とを有する構成には限定されず、例えば、板状にした光触媒が設けられた構成にしてもよい。また、光触媒８を立体的な構成にする場合は、基部26の形状は略六角錐状には限定されず、表面積を大きくできる構成であれば、どのような形状にしてもよい。 The photocatalyst 8 is not limited to the configuration having the three-dimensional base portion 26 and the protruding portion 27, and may be configured to have a plate-like photocatalyst, for example. Further, when the photocatalyst 8 has a three-dimensional configuration, the shape of the base portion 26 is not limited to a substantially hexagonal pyramid shape, and may be any shape as long as the surface area can be increased.
反応槽３は、電解質供給手段が設けられ、分解する水に電解質を添加する構成としたが、このような構成には限定されず、電解質を添加しない構成にしてもよい。 The reaction tank 3 is provided with an electrolyte supply means, and the electrolyte is added to the water to be decomposed. However, the reaction tank 3 is not limited to such a configuration, and may be configured such that no electrolyte is added.
また、電解質を添加する構成の場合には、電解質は、炭酸に限定されず、電解質として例えばカリウム、カルシウムおよびナトリウムなどの金属化合物の水溶液を用いてもよい。 Further, in the case of a configuration in which an electrolyte is added, the electrolyte is not limited to carbonic acid, and an aqueous solution of a metal compound such as potassium, calcium, or sodium may be used as the electrolyte.
マイクロ波照射手段４の周波数は、分解する水の酸化還元電位に基づいて設定することが好ましいが、このようにマイクロ波の周波数を設定する構成には限定されない。すなわち、マイクロ波は、水の水素結合および共有結合を解離状態にするものであり、最終的には紫外線の作用により水素と酸素とを分解するものであるため、マイクロ波の周波数を必ずしも水の酸化還元電位に基づいて設定する必要はない。基本的には、どのような水であっても一般的な電子レンジの周波数である２．４５ＧＨｚのマイクロ波により励起状態にできる。 The frequency of the microwave irradiation means 4 is preferably set based on the redox potential of the water to be decomposed, but is not limited to the configuration for setting the microwave frequency in this way. In other words, microwaves bring hydrogen bonds and covalent bonds of water into a dissociated state, and ultimately decompose hydrogen and oxygen by the action of ultraviolet rays. It is not necessary to set based on the redox potential. Basically, any water can be excited by a microwave of 2.45 GHz which is a frequency of a general microwave oven.
紫外線照射手段５は、紫外線ランプを用いた構成としたがこのような構成には限定されず、反応槽３内にて紫外線を照射できるものであればよい。 The ultraviolet irradiating means 5 is configured to use an ultraviolet lamp, but is not limited to such a configuration, and any unit that can irradiate ultraviolet rays in the reaction vessel 3 may be used.
また、マイクロ波照射手段４と紫外線照射手段５とが別体の構成としたが、このような構成には限定されず、マイクロ波照射手段４と紫外線照射手段５とが一体の構成にしてもよい。 Further, although the microwave irradiation means 4 and the ultraviolet irradiation means 5 are configured separately, the present invention is not limited to such a configuration, and the microwave irradiation means 4 and the ultraviolet irradiation means 5 may be integrated. Good.
回収手段としての水素回収手段６と酸素回収手段７とが設けられ、水の分解により生じる水素および酸素の両方を回収できる構成としたが、このような構成には限定されず、水素はもちろん酸素も回収できる構成にしてもよく、少なくとも水素を回収できる構成であればよい。 The hydrogen recovery means 6 and the oxygen recovery means 7 are provided as recovery means, and both hydrogen and oxygen generated by the decomposition of water can be recovered. However, the present invention is not limited to such a configuration. May be configured so that at least hydrogen can be recovered.
また、水素回収手段６は、水素が透過可能な水素透過パイプ15を用いて水素を回収する構成としたが、このような構成には限定されず、水素を回収できる構成であれば適宜設計可能である。 Further, the hydrogen recovery means 6 is configured to recover hydrogen using the hydrogen permeation pipe 15 through which hydrogen can permeate. However, the hydrogen recovery means 6 is not limited to such a configuration, and can be appropriately designed as long as the configuration can recover hydrogen. It is.
さらに、酸素回収手段７は、酸素が透過可能な酸素透過パイプ21を用いて酸素を回収する構成としたが、このような構成には限定されず、酸素を回収できる構成であれば適宜設計可能である。 Further, the oxygen recovery means 7 is configured to recover oxygen using the oxygen permeable pipe 21 through which oxygen can permeate. However, the oxygen recovery means 7 is not limited to such a configuration, and can be appropriately designed as long as the configuration can recover oxygen. It is.
ここで、水分解装置１は、縦置き型の構成としたが、このような構成に限定されず、想定される使用状況に応じて、例えば図４および図５に示す横置き型の第２の実施の形態の構成にしてもよい。 Here, the water splitting device 1 is configured as a vertical type, but is not limited to such a configuration. For example, the horizontal type second shown in FIGS. The configuration of the embodiment may be adopted.
図４および図５に示す横置き型の水分解装置31は、反応槽３内において、マイクロ波および紫外線が均一に照射しやすく、水の分解により発生する水素および酸素を回収しやすいように、マイクロ波照射手段４、紫外線照射手段５、水素回収手段６の水素透過パイプ15および酸素回収手段７の酸素回収パイプが配置されている。 4 and 5, the horizontal water splitting device 31 is easy to uniformly irradiate microwaves and ultraviolet rays in the reaction tank 3, and easily recovers hydrogen and oxygen generated by water splitting. Microwave irradiation means 4, ultraviolet irradiation means 5, hydrogen permeation pipe 15 of hydrogen recovery means 6 and oxygen recovery pipe of oxygen recovery means 7 are arranged.
すなわち、オーバル形の反応槽３内における下部に紫外線照射手段５が配置され、その上方にマイクロ波照射手段４が配置されている。また、反応槽３の内周面近傍に複数、例えば９つの酸素透過パイプ21が円弧状に配置され、その内側に複数、例えば８つの水素透過パイプ15が円弧状に配置されている。 That is, the ultraviolet irradiation means 5 is disposed in the lower part of the oval reaction tank 3, and the microwave irradiation means 4 is disposed above the ultraviolet irradiation means 5. Further, a plurality of, for example, nine oxygen permeable pipes 21 are arranged in an arc shape in the vicinity of the inner peripheral surface of the reaction tank 3, and a plurality of, for example, eight hydrogen permeable pipes 15 are arranged in an arc shape inside thereof.
そして、この第２の実施の形態でも、上記第１の実施の形態と同様に、反応槽３における広い範囲で酸化還元反応を起こすことができ、効率的に水を分解できる。 And also in this 2nd Embodiment, an oxidation-reduction reaction can be caused in the wide range in the reaction tank 3 similarly to the said 1st Embodiment, and water can be decomposed | disassembled efficiently.
次に、第３の実施の形態を図６および図７を参照して説明する。なお、上記実施の形態と同一の構成及び作用については、同一符号を付してその説明を省略する。 Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, about the structure and effect | action same as the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
図６および図７に示すように、水分解装置41には、マイクロ波照射手段４の外側に酸素回収手段７を構成する複数例えば６つの酸素透過パイプ21が、紫外線照射手段５を中心とした円周上に配置されている。さらに、これら酸素透過パイプ21の外側に複数例えば１４個の水素透過パイプ15が、紫外線照射手段５を中心とした円周上に配置されている。 As shown in FIGS. 6 and 7, in the water splitting device 41, a plurality of, for example, six oxygen permeable pipes 21 constituting the oxygen recovery means 7 outside the microwave irradiation means 4 are centered on the ultraviolet irradiation means 5. It is arranged on the circumference. Further, a plurality of, for example, 14 hydrogen permeable pipes 15 are arranged outside the oxygen permeable pipes 21 on the circumference centering on the ultraviolet irradiation means 5.
また、反応槽３の内側面に設けられた光触媒８には、金属としてのパラジウムおよびストロンチウムが担持され、パラジウム担持部42およびストロンチウム担持部43が形成されている。 Further, palladium and strontium as metals are supported on the photocatalyst 8 provided on the inner surface of the reaction tank 3, and a palladium supporting part 42 and a strontium supporting part 43 are formed.
これらパラジウムおよびストロンチウムは、反応槽３における幅方向の片側領域に半面ずつ別々に担持されている。すなわち、給水手段２側である図中の左側の半面には、パラジウムが担持されてパラジウム担持部42が形成され、給水手段２とは反対側である図中の右側の半面には、ストロンチウムが担持されストロンチウム担持部43が形成されている。 These palladium and strontium are separately supported on one side in the width direction side region in the reaction tank 3. That is, palladium is supported on the left half surface in the drawing, which is the water supply means 2 side, to form a palladium support portion 42, and strontium is present on the right half surface in the figure, which is the opposite side to the water supply means 2. A strontium supporting portion 43 is formed.
ここで、ストロンチウムはイオン化傾向が０．９Ｖであるのに対し、パラジウムはイオン化傾向は−２．８９Ｖである。 Here, strontium has an ionization tendency of 0.9V, whereas palladium has an ionization tendency of -2.89V.
そのため、ストロンチウムとパラジウムとを反応槽３において半面ずつ担持させることにより、ストロンチウムおよびパラジウムのイオン化傾向に基づいて、反応槽３内で電位差が発生して水の分解反応を促進できる。 For this reason, by supporting strontium and palladium half-sided in the reaction tank 3, a potential difference is generated in the reaction tank 3 based on the ionization tendency of strontium and palladium, and the water decomposition reaction can be promoted.
したがって、水の活性化エネルギを光触媒８により低下させるとともに、パラジウムおよびストロンチウムにより電位差を発生させた状態にて、水にマイクロ波および紫外線を照射し、効率的に水を分解できる。 Accordingly, the activation energy of water is reduced by the photocatalyst 8, and the water can be efficiently decomposed by irradiating the water with microwaves and ultraviolet rays in a state where a potential difference is generated by palladium and strontium.
また、反応槽３内は、光触媒８と各酸素透過パイプ21の外側面とに、図示しない活性炭が担持された構成にすると好ましい。 Moreover, it is preferable that the inside of the reaction vessel 3 has a configuration in which activated carbon (not shown) is supported on the photocatalyst 8 and the outer surface of each oxygen permeable pipe 21.
光触媒８および酸素透過パイプ21に活性炭が担持されることにより、水の分解にて発生した酸素の少なくとも一部が、光触媒の光酸化力および活性炭の作用によって二酸化炭素に変化する。 By supporting the activated carbon on the photocatalyst 8 and the oxygen permeable pipe 21, at least a part of oxygen generated by the decomposition of water is changed to carbon dioxide by the photooxidation power of the photocatalyst and the action of the activated carbon.
そして、二酸化炭素の方が酸素より水に溶解して安定しやすいため、マイクロ波および紫外線の作用により一旦分解された酸素と水素とが再度化合して水となることを防止できるとともに、化合による熱の発生を防止できる。 And since carbon dioxide is easier to dissolve and stabilize in water than oxygen, it can prevent oxygen and hydrogen once decomposed by the action of microwaves and ultraviolet rays from recombining to become water, Heat generation can be prevented.
また、活性炭の作用で生成された二酸化炭素は、反応槽３内において電解質である炭酸として作用し、反応槽３内の水の酸化還元電位を低下できる。 Moreover, the carbon dioxide produced | generated by the effect | action of activated carbon acts as carbonic acid which is electrolyte in the reaction tank 3, and can reduce the oxidation-reduction potential of the water in the reaction tank 3.
なお、二酸化炭素に変化されなかった酸素は、酸素回収手段７によって回収される。 The oxygen that has not been changed to carbon dioxide is recovered by the oxygen recovery means 7.
上記第３の実施の形態では、光触媒８に担持される金属としてパラジウムおよびストロンチウムを用いたが、このような構成には限定されず、反応槽３内で電位差を発生させられる金属であれば適宜選択できる。 In the third embodiment, palladium and strontium are used as the metal supported on the photocatalyst 8. However, the present invention is not limited to such a configuration, and any metal that can generate a potential difference in the reaction vessel 3 is used as appropriate. You can choose.
また、金属の配置箇所も適宜決定でき、例えば図４および図５のような横置き型の構成の場合には、上下方向の上側の半面に位置する光触媒８にストロンチウムを担持させ、下側の半面に位置する光触媒８にパラジウムを担持させる構成などにできる。 Also, the location of the metal can be determined as appropriate. For example, in the case of a horizontal type configuration as shown in FIGS. 4 and 5, strontium is supported on the photocatalyst 8 located on the upper half in the vertical direction, and the lower side is arranged. A configuration in which palladium is supported on the photocatalyst 8 located on one side can be employed.
さらに、金属が反応槽３の内周面全体の光触媒８に担持された構成には限定されず、例えば一部分のみに金属を担持させる構成にしてもよい。 Furthermore, the configuration is not limited to the configuration in which the metal is supported on the photocatalyst 8 on the entire inner peripheral surface of the reaction tank 3. For example, the configuration may be such that the metal is supported only in a part.
また、活性炭を設ける場合には、光触媒８および酸素回収手段７の両方に活性体が設けられた構成には限定されず、光触媒８または酸素回収手段７の一方にのみ活性炭が設けられた構成にしてもよい。 Moreover, when providing activated carbon, it is not limited to the structure in which the active substance was provided in both the photocatalyst 8 and the oxygen collection | recovery means 7, It is set as the structure by which activated carbon was provided only in one of the photocatalyst 8 or the oxygen collection | recovery means 7. May be.
１ 水分解装置
３ 反応槽
４ マイクロ波照射手段
５ 紫外線照射手段
６ 回収手段としての水素回収手段
７ 回収手段としての酸素回収手段
８ 光触媒
31 水分解装置
41 水分解装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water splitting device 3 Reaction tank 4 Microwave irradiation means 5 Ultraviolet irradiation means 6 Hydrogen recovery means as recovery means 7 Oxygen recovery means as recovery means 8 Photocatalyst
31 Water splitting device
41 Water splitting device
Claims (10)
分解する水の活性化エネルギを光触媒により低下させた状態にて、その水にマイクロ波を照射するとともに紫外線を照射する
ことを特徴とする水分解方法。 A water splitting method for splitting water into hydrogen and oxygen,
A water decomposition method characterized by irradiating the water with microwaves and ultraviolet rays in a state where the activation energy of the water to be decomposed is lowered by a photocatalyst .
ことを特徴とする請求項１記載の水分解方法。 Water splitting method according to claim 1, characterized by using a photocatalyst metal is supported.
ことを特徴とする請求項１または２記載の水分解方法。 The water decomposition method according to claim 1 or 2 , wherein an electrolyte is added to the water to be decomposed.
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の水分解方法。 The water splitting method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the microwave frequency is set based on a redox potential of water to be decomposed.
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の水分解方法。 The water decomposition method according to any one of claims 1 to 4 , wherein oxygen generated by water decomposition is converted into carbon dioxide by activated carbon.
前記反応槽内の水にマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、
前記反応槽内の水に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
少なくとも水の分解により発生する水素を回収する回収手段とを備え、
前記反応槽の内側面に光触媒が設けられた
ことを特徴とする水分解装置。 A reaction tank to which water is supplied;
Microwave irradiation means for irradiating the water in the reaction vessel with microwaves;
Ultraviolet irradiation means for irradiating the water in the reaction tank with ultraviolet rays;
A recovery means for recovering at least hydrogen generated by water decomposition ,
A water splitting apparatus, wherein a photocatalyst is provided on an inner surface of the reaction vessel .
ことを特徴とする請求項６記載の水分解装置。 The water splitting device according to claim 6 , wherein the photocatalyst carries a metal.
ことを特徴とする請求項６または７記載の水分解装置。 The water splitting device according to claim 6 or 7, further comprising electrolyte supply means for adding an electrolyte to water to be decomposed.
マイクロ波照射手段から照射されるマイクロ波の周波数は、前記酸化還元電位測定手段にて測定された酸化還元電位に基づいて設定される
ことを特徴とする請求項６ないし８いずれか一記載の水分解装置。 Provided with a redox potential measuring means for measuring the redox potential of water,
Frequency of the microwave irradiated from the microwave irradiation means, the water of the redox potential based on the measured redox potential in the measuring means, characterized in that it is set claims 6 to 8 any one described Disassembly equipment.
光触媒および前記酸素回収手段の少なくとも一方に活性炭が担持されている
ことを特徴とする請求項６ないし９いずれか一記載の水分解装置。 The recovery means has a hydrogen recovery means for recovering hydrogen and an oxygen recovery means for recovering oxygen,
The water splitting apparatus according to any one of claims 6 to 9, wherein activated carbon is supported on at least one of the photocatalyst and the oxygen recovery means.
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