JP2808914B2 - 微結晶金属亜鉛を用いた水素ガス製造法および水素同位体分析法 - Google Patents
微結晶金属亜鉛を用いた水素ガス製造法および水素同位体分析法Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
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- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水を還元し、その結果
発生した水素ガスを試料とする水素同位体比分析法にお
いて試料となる水素ガスの製造法に関する。
発生した水素ガスを試料とする水素同位体比分析法にお
いて試料となる水素ガスの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、水に含まれる重水素の濃度を知
る場合、水を還元し、その水に含まれる水素を完全にガ
ス化させた後、その水素ガスを試料として安定同位体分
析用質量分析計による水素の同位体分析を行い、その結
果から重水素濃度を算出する方法が採られている。
る場合、水を還元し、その水に含まれる水素を完全にガ
ス化させた後、その水素ガスを試料として安定同位体分
析用質量分析計による水素の同位体分析を行い、その結
果から重水素濃度を算出する方法が採られている。
【０００３】水を還元し、水素ガスを発生させる方法と
しては、従来より劣化ウランまたは亜鉛を用いる方法が
知られている。このうち前者は、一定温度の劣化ウラン
に試料水を通過させることによりガス化した水素を、テ
プラーポンプを用いて回収するもので、ウラン還元法と
呼ばれている。一方、後者は、水を高温真空下で金属亜
鉛と反応させ水素をガス化させるもので、亜鉛還元法と
呼ばれている。
しては、従来より劣化ウランまたは亜鉛を用いる方法が
知られている。このうち前者は、一定温度の劣化ウラン
に試料水を通過させることによりガス化した水素を、テ
プラーポンプを用いて回収するもので、ウラン還元法と
呼ばれている。一方、後者は、水を高温真空下で金属亜
鉛と反応させ水素をガス化させるもので、亜鉛還元法と
呼ばれている。
【０００４】上記の各方法によれば、試料水中に含まれ
る水素が完全にガス化される。そのため、発生した水素
ガスを試料として水素の同位体比を分析することによ
り、前記試料水の重水素濃度を知ることができる。
る水素が完全にガス化される。そのため、発生した水素
ガスを試料として水素の同位体比を分析することによ
り、前記試料水の重水素濃度を知ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
方法のうち、ウラン還元法においては、劣化ウランが入
手困難であり、また、発生した水素ガスの回収に時間が
かかる他、同位体比の異なる水を連続して劣化ウランに
通過させた場合には、前試料の影響により分析精度が低
下するという問題があった。一方、亜鉛還元法において
は、反応に用いられる金属亜鉛として特定の性状のもの
を用いなければ、試料水中に含有される水素を完全にガ
ス化させることができないという問題があった。
方法のうち、ウラン還元法においては、劣化ウランが入
手困難であり、また、発生した水素ガスの回収に時間が
かかる他、同位体比の異なる水を連続して劣化ウランに
通過させた場合には、前試料の影響により分析精度が低
下するという問題があった。一方、亜鉛還元法において
は、反応に用いられる金属亜鉛として特定の性状のもの
を用いなければ、試料水中に含有される水素を完全にガ
ス化させることができないという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、水を高温真空
下で金属亜鉛と反応させて還元し、水素ガスを発生させ
る水素ガス製造法において、反応に用いられる金属亜鉛
の結晶粒径を５μm以下としたものである。
下で金属亜鉛と反応させて還元し、水素ガスを発生させ
る水素ガス製造法において、反応に用いられる金属亜鉛
の結晶粒径を５μm以下としたものである。
【０００７】金属亜鉛粒は、通常、亜鉛を少なくともそ
の融点以上の温度で加熱、溶解した後、水中への滴下そ
の他の方法を用いて冷却、凝固させることにより造粒さ
れる。本発明においては、上記工程中亜鉛を溶解する
際、亜鉛に対し１０ppm〜１００００ppmの濃度でニッケ
ルを添加することにより、金属亜鉛粒を構成する亜鉛の
結晶粒径を、通常の２０μm〜５０μmから５μm以下へ
と微細化させることができる。また、この場合の金属亜
鉛粒の粒径は、１mm〜２mm前後が適当である。
の融点以上の温度で加熱、溶解した後、水中への滴下そ
の他の方法を用いて冷却、凝固させることにより造粒さ
れる。本発明においては、上記工程中亜鉛を溶解する
際、亜鉛に対し１０ppm〜１００００ppmの濃度でニッケ
ルを添加することにより、金属亜鉛粒を構成する亜鉛の
結晶粒径を、通常の２０μm〜５０μmから５μm以下へ
と微細化させることができる。また、この場合の金属亜
鉛粒の粒径は、１mm〜２mm前後が適当である。
【０００８】ここで、亜鉛の結晶粒径を５μm以下とす
るために金属亜鉛粒に添加される物質は、特にニッケル
に限られるものではなく、他の重金属元素を始めとす
る、亜鉛の結晶粒径を微細化させる作用を有し、しかも
前記金属亜鉛粒による水の還元を妨げない物質の中から
任意に選択可能である。
るために金属亜鉛粒に添加される物質は、特にニッケル
に限られるものではなく、他の重金属元素を始めとす
る、亜鉛の結晶粒径を微細化させる作用を有し、しかも
前記金属亜鉛粒による水の還元を妨げない物質の中から
任意に選択可能である。
【０００９】また、溶解した亜鉛を液体窒素その他の極
低温液体中に滴下して急冷する等、金属亜鉛粒造粒時の
温度条件を急激に変化させることにより亜鉛の結晶成長
を抑制し、前記亜鉛の結晶粒径を５μm以下としたり、
前述の急冷その他の操作により、金属亜鉛粒の微細構造
を薄層状あるいは多孔質状のような空隙率の高いものに
変化させ、それに伴い前記亜鉛の結晶粒径を５μm以下
まで微細化させることもできる。
低温液体中に滴下して急冷する等、金属亜鉛粒造粒時の
温度条件を急激に変化させることにより亜鉛の結晶成長
を抑制し、前記亜鉛の結晶粒径を５μm以下としたり、
前述の急冷その他の操作により、金属亜鉛粒の微細構造
を薄層状あるいは多孔質状のような空隙率の高いものに
変化させ、それに伴い前記亜鉛の結晶粒径を５μm以下
まで微細化させることもできる。
【００１０】一方、噴霧造粒や粉砕およびそれらの併用
により、金属亜鉛を直径５μm以下の微粉末としてもよ
い。更に、上記の各操作の内、複数のものを併用するこ
とももちろん可能である。
により、金属亜鉛を直径５μm以下の微粉末としてもよ
い。更に、上記の各操作の内、複数のものを併用するこ
とももちろん可能である。
【００１１】上記の各手段により調製した粒径５μm以
下の微結晶構造を有する金属亜鉛と、試料水とを高温真
空下で反応させると、前記試料水が全て還元し、酸化亜
鉛と水素ガスが生成される。すなわち、上記金属亜鉛を
用いることにより、試料水に含まれる水素を完全にガス
化させることができる。従って、上記反応の結果発生し
た水素ガスを試料とすれば、安定同位体質量分析計によ
る水素同位体比分析が可能である。
下の微結晶構造を有する金属亜鉛と、試料水とを高温真
空下で反応させると、前記試料水が全て還元し、酸化亜
鉛と水素ガスが生成される。すなわち、上記金属亜鉛を
用いることにより、試料水に含まれる水素を完全にガス
化させることができる。従って、上記反応の結果発生し
た水素ガスを試料とすれば、安定同位体質量分析計によ
る水素同位体比分析が可能である。
【００１２】なお、上記の水素ガス製造法において、水
と金属亜鉛粒との反応温度は、亜鉛の融点である約４２
０℃以下で、かつ反応に用いられる金属亜鉛粒の粒径に
応じて可能な限り高温とする。また、反応時間は２時間
〜３時間が標準的であるが、反応温度がより低い場合に
は、それに応じて反応時間を延長する必要がある。
と金属亜鉛粒との反応温度は、亜鉛の融点である約４２
０℃以下で、かつ反応に用いられる金属亜鉛粒の粒径に
応じて可能な限り高温とする。また、反応時間は２時間
〜３時間が標準的であるが、反応温度がより低い場合に
は、それに応じて反応時間を延長する必要がある。
【００１３】
【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明の効果につい
て説明する。金属亜鉛粒の製造工程において、亜鉛を溶
解する際に各々０ppm、６ppm、１５ppm、および４００p
pmの濃度でニッケルを添加し、結晶粒径が４０μm、７
μm、５μm、および１μmである４種の金属亜鉛粒を調
製した。ここで、上記各金属亜鉛粒の粒径は全て２mmで
あった。
て説明する。金属亜鉛粒の製造工程において、亜鉛を溶
解する際に各々０ppm、６ppm、１５ppm、および４００p
pmの濃度でニッケルを添加し、結晶粒径が４０μm、７
μm、５μm、および１μmである４種の金属亜鉛粒を調
製した。ここで、上記各金属亜鉛粒の粒径は全て２mmで
あった。
【００１４】更に、これらの金属亜鉛粒を用い、各々以
下の方法で同一の試料水から水素ガスを製造し、その水
素ガスを試料として、試料水に含まれる水素のガス化率
を測定した。
下の方法で同一の試料水から水素ガスを製造し、その水
素ガスを試料として、試料水に含まれる水素のガス化率
を測定した。
【００１５】(１) 図１に示すようなグリースレススト
ップコック４付きガラス製反応管１内に約１gの金属亜
鉛粒２を入れ、反応管１内の空気を吸引部３から排気
後、ヒーターを用い約２５０℃で加熱し、金属亜鉛粒２
に吸着している水分を除去する。 (２) ファインピペットを用い５μlの試料水を加えた
後、液体窒素により試料水を凍結させる。 (３) 反応管１内の空気を吸引部３から排気後、ストッ
プコック４を閉鎖して反応管１内を真空としたたまま、
４２０℃に保ったヒーターを用いて２時間〜４時間加熱
し、試料水を亜鉛で還元することにより水素ガスを発生
させる。
ップコック４付きガラス製反応管１内に約１gの金属亜
鉛粒２を入れ、反応管１内の空気を吸引部３から排気
後、ヒーターを用い約２５０℃で加熱し、金属亜鉛粒２
に吸着している水分を除去する。 (２) ファインピペットを用い５μlの試料水を加えた
後、液体窒素により試料水を凍結させる。 (３) 反応管１内の空気を吸引部３から排気後、ストッ
プコック４を閉鎖して反応管１内を真空としたたまま、
４２０℃に保ったヒーターを用いて２時間〜４時間加熱
し、試料水を亜鉛で還元することにより水素ガスを発生
させる。
【００１６】その結果を表１に示す。なお、前記各金属
亜鉛粒の亜鉛の結晶粒径は、反射顕微鏡にて測定し、ま
た前記ガス化率は、反応開始４時間後における試料水中
の水素のガス化率(％)で表した。
亜鉛粒の亜鉛の結晶粒径は、反射顕微鏡にて測定し、ま
た前記ガス化率は、反応開始４時間後における試料水中
の水素のガス化率(％)で表した。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１に示す通り、上記方法による水素ガス
の製造において、試料水中の水素が１００％ガス化され
たのは、金属亜鉛粒を構成する亜鉛の結晶粒径を５μm
以下とした場合であった。また、種々検討の結果、金属
亜鉛粒中の亜鉛の結晶粒径が５μm以下となるのは、ニ
ッケルが１０ppm以上１００００ppm以下の範囲で添加さ
れた場合であった。
の製造において、試料水中の水素が１００％ガス化され
たのは、金属亜鉛粒を構成する亜鉛の結晶粒径を５μm
以下とした場合であった。また、種々検討の結果、金属
亜鉛粒中の亜鉛の結晶粒径が５μm以下となるのは、ニ
ッケルが１０ppm以上１００００ppm以下の範囲で添加さ
れた場合であった。
【００１９】その結果、結晶粒径が５μm以下である金
属亜鉛粒を用い、上記方法により製造して得た水素ガス
を試料とした場合には、安定同位体分析用質量分析計に
よる前記試料水の水素同位体分析が可能であった。更
に、その分析結果から、前記試料水の重水素濃度を算出
することができた。
属亜鉛粒を用い、上記方法により製造して得た水素ガス
を試料とした場合には、安定同位体分析用質量分析計に
よる前記試料水の水素同位体分析が可能であった。更
に、その分析結果から、前記試料水の重水素濃度を算出
することができた。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、結晶粒径が５μm以下である金属亜鉛粒を調製し、
その金属亜鉛と試料水とを高温真空下で反応させて試料
水を還元し、水素ガスを発生させたところ、試料水に含
まれる水素を完全にガス化させることができた。従っ
て、その結果発生した水素ガスを試料とする、安定同位
体質量分析計による水素同位体比分析が可能となった。
は、結晶粒径が５μm以下である金属亜鉛粒を調製し、
その金属亜鉛と試料水とを高温真空下で反応させて試料
水を還元し、水素ガスを発生させたところ、試料水に含
まれる水素を完全にガス化させることができた。従っ
て、その結果発生した水素ガスを試料とする、安定同位
体質量分析計による水素同位体比分析が可能となった。
【図１】亜鉛還元法による水素発生に用いられる反応管
の側面図である。
の側面図である。
１ 反応管 ２ 金属亜鉛粒 ３ 吸引部 ４ ストップコック
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C01B 3/08 C01B 4/00 G01N 31/00
Claims (2)
- 【請求項１】 水を高温真空下で金属亜鉛と反応させて
還元し、水素ガスを発生させる水素ガスの製造法におい
て、反応に用いられる金属亜鉛の結晶粒径を５μm以下
としたことを特徴とする水素ガス製造法。 - 【請求項２】 請求項１記載の水素ガス製造法を用いた
水の水素同位体分析法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3071918A JP2808914B2 (ja) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | 微結晶金属亜鉛を用いた水素ガス製造法および水素同位体分析法 |
| EP92105643A EP0507287B1 (en) | 1991-04-04 | 1992-04-02 | Processes for preparing hydrogen gas and determining ratio of masses between hydrogen isotopes therein |
| DE69206302T DE69206302T2 (de) | 1991-04-04 | 1992-04-02 | Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffgas und Verfahren zum Bestimmen des Massenverhältnisses zwischen den Wasserstoffisotopen. |
| US07/863,717 US5300276A (en) | 1991-04-04 | 1992-04-03 | Processes for preparing hydrogen gas and determining ratio of masses between hydrogen isotopes therein |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3071918A JP2808914B2 (ja) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | 微結晶金属亜鉛を用いた水素ガス製造法および水素同位体分析法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0578101A JPH0578101A (ja) | 1993-03-30 |
| JP2808914B2 true JP2808914B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=13474395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3071918A Expired - Fee Related JP2808914B2 (ja) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | 微結晶金属亜鉛を用いた水素ガス製造法および水素同位体分析法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2808914B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-04 JP JP3071918A patent/JP2808914B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0578101A (ja) | 1993-03-30 |
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|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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