KR20210082686A - Method for producing hydrogen using a reduction of phosphomolybdic acid and system for producing hydrogen - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 포스포몰리브드산수화물의 환원 공정을 이용한 수소 생산 방법 및 수소 생산 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a hydrogen production method and a hydrogen production system using a reduction process of phosphomolybdic acid hydrate.
바람, 조수, 지열, 원자력, 바이오 매스, 태양광의 에너지원을 이용한 신재생 에너지에 대한 관심이 높이지고 있고, 화석연료 사용에 따른 환경 파괴에 대한 우려로 인하여 신재생 에너지 생산하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 최근에는 물의 전기화학적 분해에 의한 수소 및/또는 산소 생산 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 수소 생산은 전기화학적 반응에 대한 에너지원으로서 광을 활용하는 방안이 제안되었고, 광반응성 물질은 전지 자체 내에서 존재하는 광화학적 반응을 전지 내 전기화학적 반응을 유도하는 것이다. 하지만, 물분해를 통한 수소 생성 반응에서는 최소 전압이 높고, 과량의 전압이 인가되므로 낮은 효율을 나타내고 있다. 이에 낮은 전압에서 지속적으로 수소를 생산할 수 있는 전기화학적 시스템 및 전기화학적 방법에 대한 개발이 필요하다. Interest in renewable energy using wind, tidal, geothermal, nuclear, biomass, and solar energy sources is increasing, and various attempts have been made to produce renewable energy due to concerns about environmental damage caused by the use of fossil fuels. is losing Recently, research on a method for producing hydrogen and/or oxygen by electrochemical decomposition of water is being conducted. For hydrogen production, a method of using light as an energy source for an electrochemical reaction has been proposed, and a photoreactive material induces an electrochemical reaction in the battery by a photochemical reaction existing in the battery itself. However, in the hydrogen generation reaction through water decomposition, the minimum voltage is high and an excessive voltage is applied, so the efficiency is low. Accordingly, it is necessary to develop an electrochemical system and an electrochemical method capable of continuously producing hydrogen at a low voltage.
본 발명은 상기 언급한 문제점을 해결하기 위해서, 바이오 매스 분해에 의한 포스포몰리브드산수화물 (Phosphomolybdic acid, 이하 PMA)의 환원 공정을 이용하여 낮은 전압에서 수소를 생산할 수 있는, 새로운 수소 생산 방법 및 수소 생산 시스템을 제공하는 것이다. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention can produce hydrogen at a low voltage using a reduction process of phosphomolybdic acid (PMA) by biomass decomposition, a new method for producing hydrogen, and To provide a hydrogen production system.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따라, 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질을 이용하여 포스포몰리브드산수화물 (Phosphomolybdic acid)을 환원하는 단계; 및 애노드 전극에서 환원된 포스포몰리브드산수화물의 산화 반응으로 전자를 추출하고, 캐소드 전극에서 양성자를 환원시켜 수소를 생산하는 단계; 를 포함하는, 수소 생산 방법에 관한 것이다. According to an embodiment of the present invention, reducing phosphomolybdic acid using biomass or a material containing biomass; and extracting electrons from the oxidation reaction of the reduced phosphomolybdic acid hydrate at the anode electrode and reducing protons at the cathode electrode to produce hydrogen; It relates to a hydrogen production method comprising a.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 포스포몰리브드산수화물을 환원하는 단계는, 상기 포스포몰리브드산수화물; 상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질; 및 산 용액; 을 포함하는 혼합물을 가열하여 상기 바이오 매스를 분해하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, reducing the phosphomolybdic acid hydrate comprises: the phosphomolybdic acid hydrate; said biomass or a material comprising biomass; and acid solutions; It may be to decompose the biomass by heating a mixture containing.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 혼합물에서 상기 포스포몰리브드산수화물 대 상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질의 비율(질량비)은, 1 : 1 내지 20 : 1; 또는 10 : 1 내지 15 : 1인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the ratio (mass ratio) of the phosphomolybdic acid hydrate to the biomass or a material containing biomass in the mixture is 1:1 to 20:1; Or 10: 1 to 15: it may be one.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산 용액은, 1 M 이상의 산 용액이며, 상기 산 용액은, HCl, H2SO4, H2SO3, HNO3, HNO2 및 H3PO4로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산을 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the acid solution is an acid solution of 1 M or more, and the acid solution is composed of HCl, H 2 SO 4 , H 2 SO 3 , HNO 3 , HNO 2 and H 3 PO 4 . It may include one or more acids selected from the group.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 포스포몰리브드산수화물을 환원하는 단계에서, 상기 혼합물의 pH는, 0 이상인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in the step of reducing the phosphomolybdic acid hydrate, the pH of the mixture may be 0 or more.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 혼합물을 가열하는 단계는, 25 ℃ 이상의 온도 및 1 시간 이상 동안 수행하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the heating of the mixture may be performed at a temperature of 25° C. or more and for 1 hour or more.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소 발생 반응을 진행하는 단계는, 0.1 V 이상의 전압을 인가하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of performing the hydrogen generation reaction may be to apply a voltage of 0.1 V or more.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 포스포몰리브드산수화물 (Phosphomolybdic acid)을 환원하는 단계는, 상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질의 분해에 의해 상기 포스포몰리브드산수화물이 4가 이상으로 환원되고, 일산화탄소 및 1개 이상의 방향족 함유 분해물이 발생되는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in the step of reducing the phosphomolybdic acid, the phosphomolybdic acid hydrate is tetravalent by decomposition of the biomass or a material containing the biomass. It may be reduced as described above, and carbon monoxide and at least one aromatic-containing decomposition product may be generated.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질은, 리그닌, 리그닌 유도체, 아카시아, 낙옆송, 볏짚 및 거대억새로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the biomass or the material containing biomass may include at least one selected from the group consisting of lignin, lignin derivatives, acacia, cypress, rice straw, and giant pampas grass.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질은 리그닌 또는 리그닌을 포함하는 물질이며, 상기 1개 이상의 방향족 함유 분해물은, 바닐린인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the biomass or the material containing the biomass may be lignin or a material containing lignin, and the at least one aromatic-containing decomposition product may be vanillin.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소를 생산하는 단계 중, 이후 또는 이 둘에서 상기 혼합물에서 분해 생성물을 추출 및 수집하는 단계; 를 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method comprising: extracting and collecting decomposition products from the mixture during, after, or both during the production of hydrogen; It may further include.
본 발명의 일 실시예에 따라, 애노드 전극, 캐소드 전극 및 포스포몰리브드산수화물의 환원부; 를 포함하는, 수소 생산 시스템에 관한 것이다. According to an embodiment of the present invention, the anode electrode, the cathode electrode and the reduction unit of phosphomolybdic acid hydrate; It relates to a hydrogen production system comprising a.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 포스포몰리브드산수화물의 환원부는, 포스포몰리브드산수화물, 산용액 및 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the reducing part of phosphomolybdic acid hydrate may include a mixture of phosphomolybdic acid hydrate, an acid solution and biomass or a material containing biomass.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 포스포몰리브드산수화물의 환원부에서 상기 포스포몰리브드산수화물 대 상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질의 비율(질량비)는, 1 : 1 내지 20 : 1; 또는 10 : 1 내지 15 : 1인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the ratio (mass ratio) of the phosphomolybdic acid hydrate to the biomass or material containing the biomass in the reducing part of the phosphomolybdic acid hydrate is 1:1 to 20: One; Or 10: 1 to 15: it may be one.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 애노드 전극은, 탄소계 물질을 포함하고, 상기 탄소계 물질은, 탄소 펠트(carbon felt), 카본지(carbon paper), 환원-산화그래핀 (reduced-graphene oxide, RGO) 적층체, 다공성 탄소 물질, 그래핀 구조체 및 탄소나노튜브(carbon nano tube) 구조체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the anode electrode, including a carbon-based material, the carbon-based material, carbon felt (carbon felt), carbon paper (carbon paper), reduced-graphene oxide (reduced-graphene oxide) , RGO) may include one or more selected from the group consisting of a laminate, a porous carbon material, a graphene structure, and a carbon nanotube structure.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 애노드는, 상기 포스포몰리브드산수화물의 환원부 내에 배치된 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the anode may be disposed in the reducing portion of the phosphomolybdic acid hydrate.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 멤브레인을 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a membrane may be further included between the anode electrode and the cathode electrode.
본 발명은, 바이오 매스 또는 바이소 매스를 포함하는 물질, 예를 들어, 리그닌 분해를 통하여 환원된 PMA를 생성하고, 환원된 PMA의 전자 추출로 수소를 생산할 뿐만 아니라, 낮은 전압에서 지속적으로 수소 생산이 가능하고, 높은 페러데이 효율을 제공할 수 있는 수소 생산 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은, 바이오 매스 또는 바이소 매스를 포함하는 물질의 분해를 통하여 환원된 PMA를 이용하는 수소 생산 시스템, 예를 들어, 수소 생산 디바이스, 수소 생산 전지 등을 제공할 수 있다. The present invention produces reduced PMA through biomass or biomass-containing material, for example, lignin decomposition, and not only produces hydrogen by electron extraction of the reduced PMA, but also continuously produces hydrogen at a low voltage This is possible, and it is possible to provide a hydrogen production method capable of providing high Faraday efficiency. In addition, the present invention may provide a hydrogen production system, for example, a hydrogen production device, a hydrogen production battery, etc. using PMA reduced through the decomposition of biomass or biomass-containing materials.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 포스포몰리브드산수화물(PMA)의 환원 및 수소 생산 메커니즘을 간략하게 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 환원된 포스포몰리브드산수화물을 이용하는 2전극 수소 생산 시스템을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3a는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 다양한 바이오 매스 (리그닌, 거대 억새, 아카시아, 볏짚, 낙엽송)에 의한 포스포몰리브드산수화물의 환원 정도를 나타낸 것이다.
도 3b는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 CV(Cyclic Voltammetry)를 통한 포스포몰리브드산수화물의 산화 환원 그래프를 나타낸 것이다.
도 3c는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 포스포몰리브드산수화물의 환원에 정도에 따른 색 변화를 나타낸 것이다.
도 3d는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 포스포몰리브드산수화물의 환원 정도에 따른 UV-vis 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3e는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 포스포몰리브드산수화물에 의한 리그닌 분해 온도 및 시간에 따른 환원 정도를 나타낸 그래프이며, 삽입된 이미지는 리그닌 분해에 따른 혼합물의 색 변화를 나타낸 것이다.
도 4a는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 포스포몰리브드산수화물로 분해된 리그닌의 분해 생성물의 추출 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4b는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 포스포몰리브드산수화물로 분해된 리그닌의 분해 생성물 중 GC-MS를 통한 바닐린 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4c는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 포스포몰리브드산수화물 및 리그닌의 반응 시간에 따라 바닐린 및 일산화탄소 생성 양을 나타낸 것이다.
도 5a는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 2전극 수소 생산 시스템의 환원된 포스포몰리브드산수화물의 산화 반응을 통한 수소 생산 정도를 인가전압에 따라 나타낸 것이다.
도 5b는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 2전극 수소 생산 시스템의 환원된 포스포몰리브드산수화물의 산화 반응을 통한 수소 생산 정도를 시간에 따라 나타낸 것이다. 1 is a schematic view of the reduction and hydrogen production mechanism of phosphomolybdic acid hydrate (PMA) according to the present invention, according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view of a two-electrode hydrogen production system using reduced phosphomolybdic acid hydrate according to the present invention, according to an embodiment of the present invention.
Figure 3a shows the degree of reduction of phosphomolybdic acid hydrate by various biomass (lignin, giant silver grass, acacia, rice straw, larch) according to an embodiment of the present invention.
Figure 3b, according to an embodiment of the present invention, shows the redox graph of phosphomolybdic acid hydrate through CV (Cyclic Voltammetry) in an embodiment of the present invention.
Figure 3c, according to an embodiment of the present invention, shows the color change according to the degree of reduction of phosphomolybdic acid hydrate in the embodiment of the present invention.
Figure 3d, according to an embodiment of the present invention, shows the UV-vis spectrum according to the reduction degree of phosphomolybdic acid hydrate in the embodiment of the present invention.
Figure 3e is a graph showing the degree of reduction according to the temperature and time of lignin decomposition by phosphomolybdic acid hydrate in an embodiment of the present invention according to an embodiment of the present invention, and the inserted image is a mixture according to lignin decomposition represents the color change of
Figure 4a, according to an embodiment of the present invention, illustrates an extraction process of the decomposition product of lignin decomposed into phosphomolybdic acid hydrate in the embodiment of the present invention.
Figure 4b shows the results of analysis of vanillin through GC-MS among the degradation products of lignin decomposed into phosphomolybdic acid hydrate in the Example of the present invention, according to an embodiment of the present invention.
Figure 4c, according to an embodiment of the present invention, shows the production amount of vanillin and carbon monoxide according to the reaction time of phosphomolybdic acid hydrate and lignin in the embodiment of the present invention.
FIG. 5a shows the degree of hydrogen production through the oxidation reaction of reduced phosphomolybdic acid hydrate in the two-electrode hydrogen production system according to the applied voltage according to an embodiment of the present invention.
Figure 5b, according to an embodiment of the present invention, shows the degree of hydrogen production over time through the oxidation reaction of the reduced phosphomolybdic acid hydrate in the two-electrode hydrogen production system in the embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms used to properly express the preferred embodiment of the present invention, which may vary according to the intention of the user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification. Like reference numerals in each figure indicate like elements.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is said to be located "on" another member, this includes not only a case in which a member is in contact with another member but also a case in which another member exists between the two members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components.
이하, 본 발명의 수소 생산 방법 및 수소 생산 시스템에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the hydrogen production method and the hydrogen production system of the present invention will be described in detail with reference to Examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.
본 발명은, 수소 생산 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소 생산 방법은, 도 1을 참조하며, 도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 포스포몰리브드산수화물(PMA)의 환원 및 수소 생산 메커니즘을 간략하게 나타낸 것으로, 포스포몰리브드산수화물에 의한 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질의 분해 또는 산화를 통해 전자를 획득하고, 이를 이용하여 수소를 생산하는 것으로, 이는 낮은 전압에서 지속적이고 효율적으로 수소를 생산할 수 있다. The present invention relates to a method for producing hydrogen, and according to an embodiment of the present invention, the method for producing hydrogen is with reference to FIG. 1 , where FIG. 1 is a force according to the present invention, according to an embodiment of the present invention As a brief representation of the mechanism of reduction and hydrogen production of pomolybdic acid hydrate (PMA), electrons are obtained through decomposition or oxidation of biomass or materials containing biomass by phosphomolybdic acid hydrate, and the use to produce hydrogen, which can continuously and efficiently produce hydrogen at a low voltage.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소 생산 방법은, 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질을 이용하여 포스포몰리브드산수화물을 환원하는 단계; 및 환원된 포스포몰리브드산수화물에서 전자를 추출하여 수소를 생산하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hydrogen production method comprises the steps of reducing phosphomolybdic acid hydrate using biomass or a material containing biomass; and extracting electrons from the reduced phosphomolybdic acid hydrate to produce hydrogen.
상기 포스포몰리브드산수화물을 환원하는 단계는, 도 1에서 제시한 바와 같이, 포스포몰리브드산수화물가 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질을 분해 (또는, 산화)시켜 획득한 전자에 의해 4가 이상으로 환원될 수 있다. In the step of reducing the phosphomolybdic acid hydrate, as shown in FIG. 1, the phosphomolybdic acid hydrate is obtained by decomposing (or oxidizing) biomass or a
상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질은, 분해(또는, 산화)에 의해 방향족 함유 분해물 및 가스를 생성할 수 있다. 상기 바이오 매스는, 리그닌, 리그닌 유도체, 아카시아, 낙옆송, 볏짚 및 거대억새로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 바람직하게는 리그닌, 리그닌 유도체 또는 이 둘을 포함할 수 있고, 상기 분해(또는, 산화)에 의해서 일산화탄소 및 1개 이상의 방향족 함유 분해물이 발생될 수 있다. 예를 들어, 상기 1개 이상의 방향족 함유 분해물은, 바닐린일 수 있다. The biomass or the material containing biomass may generate an aromatic-containing decomposition product and gas by decomposition (or oxidation). The biomass includes at least one selected from the group consisting of lignin, lignin derivatives, acacia, cypress, rice straw and giant pampas grass, and preferably includes lignin, lignin derivatives, or both, and the decomposition ( Alternatively, oxidation) may generate decomposition products containing carbon monoxide and one or more aromatics. For example, the at least one aromatic-containing decomposition product may be vanillin.
상기 포스포몰리브드산수화물을 환원하는 단계는, 포스포몰리브드산수화물; 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질; 및 산 용액; 을 포함하는 혼합물에서 이루어지고, 상온 (20 ℃) 또는 상온 이상의 온도, 예를 들어, 25 ℃ 이상; 50 ℃ 이상; 50 ℃ 내지 200 ℃; 또는 50 ℃ 내지 100 ℃ 온도 및 1분 이상; 30분 이상; 1 시간 이상; 또는 1 시간 내지 30 시간 동안 가열할 수 있다. The step of reducing the phosphomolybdic acid hydrate may include: phosphomolybdic acid hydrate; biomass or materials containing biomass; and acid solutions; Made in a mixture comprising a, room temperature (20 ℃) or a temperature above room temperature, for example, 25 ℃ or more; 50 ° C or higher; 50° C. to 200° C.; or a temperature of 50° C. to 100° C. and at least 1 minute; more than 30 minutes; 1 hour or more; Alternatively, it may be heated for 1 hour to 30 hours.
상기 포스포몰리브드산수화물을 환원하는 단계에서 생성된 분해 생성물 및 가스는, 추출 및/또는 여과 공정 및 가스 포집 공정에 의해서 수집될 수 있다. 이는 상기 포스포몰리브드산수화물을 환원하는 단계 중, 이후 및/또는 상기 수소를 생산하는 단계 이후에 이루어질 수 있다. The decomposition product and gas generated in the step of reducing the phosphomolybdic acid hydrate may be collected by an extraction and/or filtration process and a gas capture process. This may be done during, after and/or after the step of reducing the phosphomolybdic acid hydrate.
상기 혼합물에서 상기 포스포몰리브드산수화물 대 상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질을 포함하는 물질의 비율(질량비)은, 1 : 1 이상; 1 : 1 내지 50 : 1; 1 : 1 내지 30 : 1; 10 : 1 내지 20 : 1; 10 : 1 내지 15 : 1; 또는 11 : 1 내지 12 : 1일 수 있고, 상기 범위 내에 포함되면 분해 반응을 위한 혼합물(예를 들어, 산 수용액) 내에 충분한 용해가 이루어지고, 포스포몰리브드산수화물의 환원 속도를 조절하거나 또는 증가시킬 수 있다. The ratio (mass ratio) of the phosphomolybdic acid hydrate to the biomass or material containing the biomass in the mixture is 1:1 or more; 1:1 to 50:1; 1:1 to 30:1; 10:1 to 20:1; 10:1 to 15:1; or 11: 1 to 12: 1, and when included within the above range, sufficient dissolution is achieved in the mixture (eg, aqueous acid solution) for the decomposition reaction, and the reduction rate of phosphomolybdic acid hydrate is adjusted or increased can do it
상기 혼합물에서 상기 포스포몰리브드산수화물은, 0.1 M 이상; 0.4 M 이상; 0.5 M 내지 2M; 0.5 M 내지1 M; 0.5 M 내지 0.8 M의 몰농도로 포함될 수 있다. In the mixture, the phosphomolybdic acid hydrate is 0.1 M or more; 0.4 M or more; 0.5 M to 2 M; 0.5 M to 1 M; It may be included in a molar concentration of 0.5 M to 0.8 M.
상기 혼합물은, 구성 성분의 혼합 이후에 최종적으로 pH 0 이상; pH 1 이상; pH 1 내지 7; 또는 산성 영역, 예를 들어, pH 0 내지 3; pH 0 내지 1에서 반응이 진행될 수 있고, 예를 들어, 1 M 황산 및 pH 0에서 분해 반응을 진행할 수 있다.The mixture is finally
상기 산 용액은, 1 M 이상; 1 M 내지 3 M; 또는 1 M 내지 2 M의 산 용액이며, 상기 산 용액은, HCl, H2SO4, H2SO3, HNO3, HNO2 및 H3PO4로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산을 포함할 수 있다. The acid solution, 1 M or more; 1 M to 3 M; or 1 M to 2 M acid solution, wherein the acid solution contains at least one acid selected from the group consisting of HCl, H 2 SO 4 , H 2 SO 3 , HNO 3 , HNO 2 and H 3 PO 4 . can
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 환원된 포스포몰리브드산수화물에서 전자를 추출하여 수소를 생산하는 단계는, 전압을 인가하여 전기화학적 반응으로 물분해하여 수소를 생산할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명에 의한 환원된 포스포몰리브드산수화물을 이용하는 2전극 수소 생산 시스템을 예시적으로 나타낸 것으로, 2전극 시스템에서 전기화학적 반응으로 물분해하여 수소를 생산하는 것으로, 상기 2전극 시스템에서 애노드 전극에서 환원된 포스포몰리브드산수화물의 산화 반응으로 전자를 추출하고, 캐소드 전극에서 양성자를 환원시켜 수소를 생산할 수 있다. 예를 들어, 상기 포스포몰리브드산수화물을 환원하는 단계 이후에 반응이 진행된 혼합물을 이용하거나 또는 환원된 포스포몰리브드산수화물을 추출하여 이용할 수 있다. 상기 수소를 생산하는 단계에서 상기 환원된 포스포몰리브드산수화물은, 0.1 M 이상; 0.4 M 이상; 0.5 M 내지 2 M; 0.5 M 내지 1 M; 또는 0.5 M 내지 0.8 M의 몰농도로 포함될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in the step of extracting electrons from the reduced phosphomolybdic acid hydrate to produce hydrogen, a voltage may be applied to decompose water through an electrochemical reaction to produce hydrogen. For example, referring to FIG. 2 , FIG. 2 exemplarily shows a two-electrode hydrogen production system using reduced phosphomolybdic acid hydrate according to the present invention, which is subjected to water decomposition through an electrochemical reaction in the two-electrode system. By producing hydrogen, hydrogen can be produced by extracting electrons from the oxidation reaction of phosphomolybdic acid hydrate reduced at the anode electrode in the two-electrode system and reducing protons at the cathode electrode. For example, a mixture in which the reaction has progressed after the step of reducing the phosphomolybdic acid hydrate may be used, or the reduced phosphomolybdic acid hydrate may be extracted and used. In the step of producing hydrogen, the reduced phosphomolybdic acid hydrate is 0.1 M or more; 0.4 M or more; 0.5 M to 2 M; 0.5 M to 1 M; Or it may be included in a molar concentration of 0.5 M to 0.8 M.
상기 수소 발생 반응을 진행하는 단계는, 0.1 V 이상; 0.6 V 이상; 1 V 이상의 전압을 인가할 수 있고, 특히 1 V 이하의 낮은 전압을 통해 상기 환원된 포스포몰리브드산수화물의 산화반응을 진행하여 높은 양의 전류가 발생되므로, 지속적인 수소 생산이 가능하였고, 높은 페러데이 효율을 나타낼 수 있다.The step of proceeding the hydrogen generation reaction, 0.1 V or more; 0.6 V or more; A voltage of 1 V or more can be applied, and in particular, a high amount of current is generated by the oxidation reaction of the reduced phosphomolybdic acid hydrate through a low voltage of 1 V or less, so that continuous hydrogen production is possible, and high Faraday efficiency can be shown.
본 발명은, 수소 생산 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소 생산 시스템은, PMA에 의해 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질의 분해 또는 산화시켜 분해 생성물을 획득하고, 이때 획득한 전자를 통해 수소를 생산하는 것으로, 도 2를 참조하면, 애노드 전극, 캐소드 전극 및 포스포몰리브드산수화물 (Phosphomolybdic acid)의 환원부;를 포함할 수 있다.The present invention relates to a hydrogen production system, and according to an embodiment of the present invention, the hydrogen production system obtains a decomposition product by decomposing or oxidizing biomass or a material comprising biomass by PMA, wherein As to produce hydrogen through the obtained electrons, referring to FIG. 2 , an anode electrode, a cathode electrode, and a reduction unit of phosphomolybdic acid may be included.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 포스포몰리브드산수화물의 환원부는, 포스포몰리브드산수화물, 산용액 및 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질의 혼합물을 포함할 수 있고, 구체적인 구성은 상기 수소 생산 방법에서 언급한 바와 같다. 상기 환원부에서 포스포몰리브드산수화물의 환원 공정을 진행하거나 또는 환원 공정 이후에 반응 혼합물을 부을 수 있다. 상기 환원된 포스포몰리브드산수화물은 0.1 M 이상; 0.4 M 이상; 0.5 M 내지 2 M; 0.5 M 내지 1 M; 또는 0.5 M 내지 0.8 M의 몰농도로 포함될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the reducing part of phosphomolybdic acid hydrate may include a mixture of phosphomolybdic acid hydrate, an acid solution and a material containing biomass or biomass, and the specific configuration is as described above. As mentioned in the hydrogen production method. In the reducing unit, the reduction process of phosphomolybdic acid hydrate may be performed or the reaction mixture may be poured after the reduction process. The reduced phosphomolybdic acid hydrate is 0.1 M or more; 0.4 M or more; 0.5 M to 2 M; 0.5 M to 1 M; Or it may be included in a molar concentration of 0.5 M to 0.8 M.
다른 예로, 상기 포스포몰리브드산수화물의 환원부는, 환원된 포스포몰리브드산수화물 및 용매를 포함하고, 상기 환원된 포스포몰리브드산수화물은 0.1 M 이상; 0.4 M 이상; 0.5 M 내지 2 M; 0.5 M 내지 1 M; 또는 0.5 M 내지 0.8 M의 몰농도로 포함될 수 있다. As another example, the reducing portion of the phosphomolybdic acid hydrate includes reduced phosphomolybdic acid hydrate and a solvent, and the reduced phosphomolybdic acid hydrate is 0.1 M or more; 0.4 M or more; 0.5 M to 2 M; 0.5 M to 1 M; Or it may be included in a molar concentration of 0.5 M to 0.8 M.
상기 애노드 전극은, 단일 또는 복수개로 구성되고, 탄소계 물질을 포함하고, 상기 탄소계 물질은, 탄소 펠트(carbon felt), 카본지(carbon paper), 환원-산화그래핀 (reduced-graphene oxide, RGO) 적층체, 다공성 탄소 물질, 그래핀 구조체 및 탄소나노튜브(carbon nano tube) 구조체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또는, 카본 페이퍼(carbon paper), 글래시 카본(glassy carbon), FTO(fluorinetaed tin oxide) 및 ITO(indium tin oxide)를 더 포함할 수 있다. The anode electrode is composed of a single or a plurality, and includes a carbon-based material, the carbon-based material, carbon felt (carbon felt), carbon paper (carbon paper), reduced-graphene oxide (reduced-graphene oxide, RGO) ) may include at least one selected from the group consisting of a laminate, a porous carbon material, a graphene structure, and a carbon nanotube structure. Alternatively, it may further include carbon paper, glassy carbon, fluorinetaed tin oxide (FTO), and indium tin oxide (ITO).
상기 애노드는, 단일 또는 복수개로 구성되고, 상기 포스포몰리브드산수화물의 환원부 내에 배치되고 전압 인가에 의해서 환원된 포스포몰리브드산수화물에서 전자를 추출한다. The anode, composed of a single or a plurality, is disposed in the reducing portion of the phosphomolybdic acid hydrate and extracts electrons from the reduced phosphomolybdic acid hydrate by applying a voltage.
상기 캐소드 전극은, 캐소드 전극에서 상기 추출된 전자에 의해 양성자를 환원시켜 수소를 생산하는 것으로, 상기 캐소드 전극은, 백금족의 금속(백금, 루테늄, 로듐, 파라듐, 오스뮴, 이리듐), 금, 은, 크롬, 철, 납, 티타늄, 망간, 코벨트, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 규소, 아연, 주석 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 전극층을 포함하고, 상기 전극층은, 기재 상에 코팅된 것일 수 있다. The cathode electrode produces hydrogen by reducing protons by the electrons extracted from the cathode electrode, and the cathode electrode is a platinum group metal (platinum, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium), gold, silver , chromium, iron, lead, titanium, manganese, nose belt, nickel, molybdenum, tungsten, aluminum, silicon, zinc, including an electrode layer comprising at least one selected from the group consisting of tin and alloys thereof, the electrode layer is , may be coated on the substrate.
상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극은, 동일한 용기 내에 배치되거나 각각의 용기 내에 배치될 수 있다. 동일한 용기 내에 배치될 경우에, 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 멤브레인을 더 포함할 수 있으며, 상기 멤브레인은 본 발명의 목적을 벗어나지 않고 본 발명의 기술 분야에 적용 가능한 것이면 제한 없이 적용될 수 있다. The anode electrode and the cathode electrode may be disposed in the same container or may be disposed in each container. When disposed in the same container, a membrane may be further included between the anode electrode and the cathode electrode, and the membrane may be applied without limitation as long as it is applicable to the technical field of the present invention without departing from the object of the present invention.
실시예 1Example 1
(1) 바이오 매스에 의한 PMA (Phosphomolybdic acid)의 환원 공정 (1) Reduction process of PMA (Phosphomolybdic acid) by biomass
1 M H2SO4 10 ml에 0.5 M PMA (Phosphomolybdic acid)와 리그닌, 거대 억새, 아카시아, 볏짚 및 낙엽송의 바이오 매스 물질 0.75 g을 각각 혼합한 이후 일정 시간 이후에 각 혼합 용액의 색 변화를 관찰하였다. 그 결과는, 도 3a에 나타내었다. 도 3a에서 PMA와 바이오 매스 용액의 색은 점점 진한 초록색을 띄고, 이는 PMA가 바이오 매스들을 산화시키고 전자를 얻어 환원될 수 있다는 것을 알 수 있다. After mixing 0.75 g of 0.5 M PMA (Phosphomolybdic acid) and lignin, giant silver grass, acacia, rice straw and larch biomass in 10 ml of 1 MH 2 SO 4 , respectively, the color change of each mixed solution was observed after a certain period of time. . The result is shown in FIG. 3A. In FIG. 3a , the colors of PMA and biomass solution are gradually dark green, indicating that PMA can be reduced by oxidizing biomass and gaining electrons.
(2) 리그닌 분해에 의한 PMA (Phosphomolybdic acid)의 환원 공정(2) Reduction process of PMA (Phosphomolybdic acid) by lignin degradation
1 M H2SO4 10 ml에 0.5 M PMA (Phosphomolybdic acid)와 리그닌 0.75 g을 넣어 혼합 용액(PMA : 리그닌=12 : 1, pH=약 0)을 제조하고, 50 ℃에서 1시간 동안 상기 용액을 가열하였다. 가열 전에 혼합 용액에서 CV를 통한 PMA의 산화 환원 픽을 확인하였다. 그 결과는 도 3b에 나타내었다. 0.5 M PMA (Phosphomolybdic acid) and 0.75 g of lignin were added to 1 MH 2 SO 4 10 ml to prepare a mixed solution (PMA: lignin = 12: 1, pH = about 0), and the solution was heated at 50 ° C. for 1 hour. heated. The redox pick of PMA through CV was confirmed in the mixed solution before heating. The results are shown in Figure 3b.
또한, 가열 전 및 가열 이후 5개의 샘플을 채취하고 혼합 용액의 UV-vis spectra를 통한 흡광도 및 색변화를 관찰하여 도 3c 및 도 3d에 나타내었다. In addition, five samples were taken before and after heating, and absorbance and color change of the mixed solution were observed through UV-vis spectra, and are shown in FIGS. 3C and 3D.
도 3b에서 PMA는 0.6 ~ 0.8 V vs. RHE의 산화 픽을 가지며 낮은 전압에서 산화 반응이 진행 가능한 것임을 확인할 수 있다. In Figure 3b, PMA is 0.6 ~ 0.8 V vs. It can be confirmed that it has an oxidation peak of RHE and that the oxidation reaction can proceed at a low voltage.
도 3c 및 도 3d에서 환원된 PMA의 정도에 따른 색 변화 및 UV-vis spectra를 통한 환원된 양에 따른 PMA의 흡광도 변화를 확인할 수 있으며, 환원된 PMA는 농도에 따라서 노란색에서 진한 초록색의 색을 띄게 되고, 환원된 PMA용액의 흡광도를 측정해보면, 환원된 PMA의 양이 많아질수록 흡광도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. In Figures 3c and 3d, it can be seen that the color change according to the degree of the reduced PMA and the absorbance change of the PMA according to the reduced amount through UV-vis spectra can be confirmed, and the reduced PMA has a color from yellow to dark green depending on the concentration. When the absorbance of the reduced PMA solution is measured, it can be confirmed that the absorbance increases as the amount of the reduced PMA increases.
(3) 온도와 시간에 따른 리그닌 분해를 통한 PMA의 환원정도 확인 (3) Confirmation of reduction degree of PMA through lignin decomposition according to temperature and time
1 M H2SO4 10 ml에 0.5 M PMA (Phosphomolybdic acid)와 리그닌 0.75 g을 넣어 혼합 용액을 제조하고, 25 ℃, 50 ℃ 및 95 ℃에서 각각 12 시간 동안 상기 용액을 가열하였다. 시간 및 온도에 따라 리그닌 분해에 따른 PMA의 환원 정도를 측정하여 도 3e에 나타내었다. 도 3e에서 리그닌과 PMA가 섞인 용액을 다양한 온도에서 가열했을 경우, 더 높은 온도에서 PMA 환원이 빠르고 많이 진행되는 것을 확인할 수 있고, 높은 온도, 장시간 리그닌과 PMA를 반응시키면 리그닌 산화반응이 진행되는 것을 확인할 수 있다. 0.5 M PMA (Phosphomolybdic acid) and 0.75 g of lignin were added to 1 MH 2 SO 4 10 ml to prepare a mixed solution, and the solution was heated at 25 °C, 50 °C and 95 °C for 12 hours, respectively. The degree of reduction of PMA according to lignin decomposition according to time and temperature was measured and shown in FIG. 3e. In Fig. 3e, when the solution mixed with lignin and PMA was heated at various temperatures, it can be seen that the PMA reduction proceeds quickly and much at a higher temperature, and when the lignin and PMA are reacted at a high temperature and for a long time, the lignin oxidation reaction proceeds can be checked
(4) PMA에 의한 리그닌의 분해 생성물 확인(4) Identification of degradation products of lignin by PMA
1 M H2SO4 10 ml에 0.5 M PMA (Phosphomolybdic acid, 10 ml)와 리그닌 0.75 g을 넣어 혼합 용액을 제조하고, 50 ℃에서 1시간 동안 상기 용액을 가열한 이후에 클로로포름을 첨가하여 리그닌 분해 생성물을 포집하고, 환원된 PMA 및 리그닌 분해 생성물을 분리하였다(도 4a). 리그닌 분해 생성물의 GC-MS를 측정하여 바닐린 생성물을 확인하였다. 그 결과는 도 4b에 나타내었다. 1 MH 2 SO 4 0.5 M PMA (Phosphomolybdic acid, 10 ml) and 0.75 g of lignin were added to 10 ml to prepare a mixed solution, and after heating the solution at 50 ° C. for 1 hour, chloroform was added to decompose the lignin was collected, and reduced PMA and lignin degradation products were isolated (FIG. 4a). GC-MS of the lignin degradation product was measured to confirm the vanillin product. The results are shown in Figure 4b.
1 M H2SO4 10 ml에 0.5 M PMA (Phosphomolybdic acid)와 리그닌 0.75 g을 넣어 혼합 용액을 제조하고, 50 ℃에서 6 시간 동안 상기 용액을 가열하여 리그닌과 PMA의 반응 시간에 따른 바닐린 생성 양과 일산화탄소 생성양을 확인하였다. 그 결과는 도 4c에 나타내었다.0.5 M PMA (Phosphomolybdic acid) and 0.75 g of lignin were added to 10 ml of 1 MH 2 SO 4 to prepare a mixed solution, and the solution was heated at 50 ° C. for 6 hours. The production amount was confirmed. The results are shown in Fig. 4c.
도 4c에서 리그닌과 PMA의 반응 시간에 따라 점차 바닐린의 생성양이 늘어난 것을 확인할 수 있고, 가스크로마토그래피를 통해 바닐린 뿐만 아니라, 일산화탄소 또한 생성되며, 반응 시간에 따라 점차 발생양이 늘어난 것을 확인할 수 있다. 리그닌이 PMA에 의해 산화되면서 바닐린과 일산화탄소를 만들고, 이 때 얻은 전자를 통해 수소 생산에 활용할 수 있다. In FIG. 4c , it can be seen that the amount of vanillin produced gradually increased according to the reaction time of lignin and PMA, and it can be seen that not only vanillin but also carbon monoxide is produced through gas chromatography, and the amount of vanillin is gradually increased with the reaction time . Lignin is oxidized by PMA to produce vanillin and carbon monoxide, and the electrons obtained at this time can be used for hydrogen production.
실시예 2Example 2
환원된 PMA의 전자 추출을 통한 수소 생산Hydrogen production through electron extraction of reduced PMA
환원된 PMA는 1 M H2SO4 10 ml에 0.5 M PMA (Phosphomolybdic acid)와 리그닌 0.75 g을 넣어 혼합 용액을 제조하고, 50 ℃에서 1시간 동안 용액을 가열하여 획득하였다. The reduced PMA was obtained by adding 0.5 M PMA (Phosphomolybdic acid) and 0.75 g of lignin to 10 ml of 1 MH 2 SO 4 to prepare a mixed solution, and heating the solution at 50° C. for 1 hour.
도 2에 나타낸 바와 같이, 2전극 시스템 내에 상기 가열 이후에 혼합 용액을 붓고, 리그닌 분해를 통해 환원된 PMA를 산화하여 수소 생산을 위한 2전극 시스템을 구성하였다. anode 전극으로 carbon nanotube paper를 사용하여 리그닌으로부터 전자를 얻은 PMA의 산화반응을 진행하였고, cathode로 Pt 전극을 사용하여 수소 발생 반응을 진행하였다.As shown in FIG. 2 , the mixed solution was poured into the two-electrode system after the heating, and the PMA reduced through lignin decomposition was oxidized to construct a two-electrode system for hydrogen production. The oxidation reaction of PMA obtained from lignin was carried out using carbon nanotube paper as an anode electrode, and hydrogen generation reaction was carried out using a Pt electrode as a cathode.
환원된 PMA의 전압에 따른 산화 반응을 통한 수소 생산 정도를 측정하여 도 5a에 나타내었다. 도 5a에서 리그닌 산화를 통해 얻은 환원된 PMA를 낮은 전압을 통해 산화반응을 진행하여 높은 양의 전류가 발생하여 수소 생산이 된다는 것을 확인할 수 있다. The degree of hydrogen production through the oxidation reaction according to the voltage of the reduced PMA was measured and shown in FIG. 5a. In FIG. 5a , it can be confirmed that the reduced PMA obtained through lignin oxidation is oxidized through a low voltage to generate a high amount of current to produce hydrogen.
상기 2전극 시스템에서 0.8 V에서 환원된 PMA를 산화하여 시간에 따라 수소 생산과 페러데이 효율을 도 5b에 나타내었다. 도 5b에서 0.8V의 전압을 가해줬을 경우, 지속적인 수소 생산이 가능하였고, 높은 페러데이 효율을 확인할 수 있다. The hydrogen production and Faraday efficiency according to time by oxidizing the reduced PMA at 0.8 V in the two-electrode system are shown in FIG. 5b. When a voltage of 0.8V is applied in FIG. 5B , continuous hydrogen production is possible, and high Faraday efficiency can be confirmed.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those skilled in the art. For example, even if the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components are combined or combined in a different form from the described method, or replaced or substituted by other components or equivalents Appropriate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (17)
애노드 전극에서 환원된 포스포몰리브드산수화물의 산화 반응으로 전자를 추출하고, 캐소드 전극에서 양성자를 환원시켜 수소를 생산하는 단계;
를 포함하는,
수소 생산 방법.
reducing phosphomolybdic acid using biomass or a material containing biomass; and
extracting electrons from the oxidation reaction of the reduced phosphomolybdic acid hydrate at the anode electrode and reducing protons at the cathode electrode to produce hydrogen;
containing,
Hydrogen production method.
상기 포스포몰리브드산수화물을 환원하는 단계는,
상기 포스포몰리브드산수화물; 상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질; 및 산 용액; 을 포함하는 혼합물을 가열하여 상기 바이오 매스를 분해하는 것인,
수소 생산 방법.
According to claim 1,
The step of reducing the phosphomolybdic acid hydrate comprises:
the phosphomolybdic acid hydrate; said biomass or a material comprising biomass; and acid solutions; To decompose the biomass by heating a mixture comprising
Hydrogen production method.
상기 혼합물에서 상기 포스포몰리브드산수화물 대 상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질의 비율(질량비)은, 1 : 1 내지 20 : 1; 또는 10 : 1 내지 15 : 1인 것인,
수소 생산 방법.
According to claim 1,
The ratio (mass ratio) of the phosphomolybdic acid hydrate to the biomass or a material containing biomass in the mixture is 1:1 to 20:1; or 10: 1 to 15: 1,
Hydrogen production method.
상기 산 용액은, 1 M 이상의 산 용액이며,
상기 산 용액은, HCl, H2SO4, H2SO3, HNO3, HNO2 및 H3PO4로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산을 포함하는 것인,
수소 생산 방법.
According to claim 1,
The acid solution is an acid solution of 1 M or more,
The acid solution, HCl, H 2 SO 4 , H 2 SO 3 , HNO 3 , HNO 2 and H 3 PO 4 Will include at least one acid selected from the group consisting of,
Hydrogen production method.
상기 포스포몰리브드산수화물을 환원하는 단계에서, 상기 혼합물의 pH는, 0 이상인 것인,
수소 생산 방법.
According to claim 1,
In the step of reducing the phosphomolybdic acid hydrate, the pH of the mixture is 0 or more,
Hydrogen production method.
상기 혼합물을 가열하는 단계는, 25 ℃ 이상의 온도 및 1 시간 이상 동안 수행하는 것인,
수소 생산 방법.
According to claim 1,
The step of heating the mixture will be carried out at a temperature of 25 ° C. or more and for 1 hour or more,
Hydrogen production method.
상기 수소 발생 반응을 진행하는 단계는, 0.1 V 이상의 전압을 인가하는 것인,
수소 생산 방법.
According to claim 1,
The step of advancing the hydrogen generation reaction is to apply a voltage of 0.1 V or more,
Hydrogen production method.
상기 포스포몰리브드산수화물 (Phosphomolybdic acid)을 환원하는 단계는, 상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질의 분해에 의해 상기 포스포몰리브드산수화물이 4가 이상으로 환원되고, 일산화탄소 및 1개 이상의 방향족 함유 분해물이 발생되는 것인,
수소 생산 방법.
According to claim 1,
In the step of reducing the phosphomolybdic acid, the phosphomolybdic acid hydrate is reduced to tetravalent or higher by decomposition of the biomass or a material containing the biomass, and carbon monoxide and one The above aromatic-containing decomposition product is generated,
Hydrogen production method.
상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질은, 리그닌, 리그닌 유도체, 아카시아, 낙옆송, 볏짚 및 거대억새로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인,
수소 생산 방법.
According to claim 1,
The biomass or material containing biomass, lignin, lignin derivatives, acacia, cypress, rice straw, and that comprising at least one selected from the group consisting of giant pampas grass,
Hydrogen production method.
상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질은 리그닌 또는 리그닌을 포함하는 물질이며,
상기 1개 이상의 방향족 함유 분해물은, 바닐린인 것인,
수소 생산 방법.
9. The method of claim 8,
The biomass or material containing biomass is a material containing lignin or lignin,
The at least one aromatic-containing decomposition product is vanillin,
Hydrogen production method.
상기 수소를 생산하는 단계 중, 이후 또는 이 둘에서 상기 혼합물에서 분해 생성물을 추출 및 수집하는 단계; 를 더 포함하는 것인,
수소 생산 방법.
According to claim 1,
extracting and collecting decomposition products from the mixture during, after, or both during the production of hydrogen; which further comprises
Hydrogen production method.
를 포함하는,
수소 생산 시스템.
an anode electrode, a cathode electrode and a reducing portion of phosphomolybdic acid hydrate;
containing,
hydrogen production system.
상기 포스포몰리브드산수화물의 환원부는, 포스포몰리브드산수화물, 산용액 및 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질의 혼합물을 포함하는 것인,
수소 생산 시스템.
13. The method of claim 12,
The reducing part of the phosphomolybdic acid hydrate will include a mixture of phosphomolybdic acid hydrate, an acid solution and a material containing biomass or biomass,
hydrogen production system.
상기 포스포몰리브드산수화물의 환원부에서 상기 포스포몰리브드산수화물 대 상기 바이오 매스 또는 바이오 매스를 포함하는 물질의 비율(질량비)는, 1 : 1 내지 20 : 1; 또는 10 : 1 내지 15 : 1인 것인,
수소 생산 시스템.
13. The method of claim 12,
The ratio (mass ratio) of the phosphomolybdic acid hydrate to the biomass or biomass-containing material in the reducing part of the phosphomolybdic acid hydrate is 1:1 to 20:1; or 10: 1 to 15: 1,
hydrogen production system.
상기 애노드 전극은, 탄소계 물질을 포함하고,
상기 탄소계 물질은, 탄소 펠트(carbon felt), 카본지(carbon paper), 환원-산화그래핀 (reduced-graphene oxide, RGO) 적층체, 다공성 탄소 물질, 그래핀 구조체 및 탄소나노튜브(carbon nano tube) 구조체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인,
수소 생산 시스템.
13. The method of claim 12,
The anode electrode comprises a carbon-based material,
The carbon-based material is, carbon felt, carbon paper (carbon paper), reduced-graphene oxide (reduced-graphene oxide, RGO) laminate, porous carbon material, graphene structure and carbon nanotube (carbon nano tube) ) comprising at least one selected from the group consisting of structures,
hydrogen production system.
상기 애노드는, 상기 포스포몰리브드산수화물의 환원부 내에 배치된 것인,
수소 생산 시스템.
13. The method of claim 12,
The anode, which is disposed in the reducing part of the phosphomolybdic acid hydrate,
hydrogen production system.
상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 멤브레인을 더 포함하는 것인,
수소 생산 시스템.
13. The method of claim 12,
Further comprising a membrane between the anode electrode and the cathode electrode,
hydrogen production system.
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| KR1020190174875A KR20210082686A (en) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Method for producing hydrogen using a reduction of phosphomolybdic acid and system for producing hydrogen |
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|---|---|---|---|---|
| CN114836787A (en) * | 2022-04-27 | 2022-08-02 | 东南大学 | Preparation method of molybdenum-loaded biomass-derived carbon-based hydrogen evolution electrocatalyst |
| WO2024005270A1 (en) * | 2022-06-28 | 2024-01-04 | 울산과학기술원 | Hydrogen generator |
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