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JP6330715B2 - Hydrogen gas generation method - Google Patents
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Description

本発明は、水素ガスの生成方法に係り、とくに鉄系材料を素材として水素ガスを多量に、かつ効率よく生成できる簡便な、水素ガス生成方法に関する。   The present invention relates to a method for producing hydrogen gas, and more particularly, to a simple and convenient method for producing hydrogen gas that can efficiently produce a large amount of hydrogen gas using an iron-based material as a raw material.

近年、地球環境の保全という観点から、炭酸ガス排出の削減が求められ、自動車向けや家庭向けとして、水素ガスを利用した燃料電池の開発が進められている。しかし、水素ガスを安定して確保することは、かなりの困難を伴う。現状では、水の電気分解、天然ガスの改質、製鉄所で発生するコークス還元ガスから水素を分離する、などの方法で、水素ガスを製造することができる。しかし、水の電気分解による方法や、天然ガスの改質による方法では、水素ガスを得るために多量のエネルギーを消費し、地球環境の保全という観点からは問題を残している。   In recent years, reduction of carbon dioxide emission has been demanded from the viewpoint of conservation of the global environment, and development of fuel cells using hydrogen gas has been promoted for automobiles and households. However, securing hydrogen gas stably involves considerable difficulty. At present, hydrogen gas can be produced by methods such as electrolysis of water, reforming of natural gas, and separation of hydrogen from coke reducing gas generated at steelworks. However, the method of electrolysis of water or the method of reforming natural gas consumes a large amount of energy to obtain hydrogen gas, and remains a problem from the viewpoint of conservation of the global environment.

また、製鉄所で発生するコークス還元ガスから水素を分離する方法は、製鉄所内自家発電用エネルギーを消費することになり、製鉄所内のエネルギー需給バランスを崩し、自家発電用エネルギーが不足することになる。これにより、外部から電力を購入するということになるという矛盾が生じる。   In addition, the method of separating hydrogen from coke reducing gas generated at steelworks consumes energy for in-house power generation within the steelworks, destroying the energy supply-demand balance within the steelworks, and inadequate energy for in-house power generation. . This causes a contradiction that power is to be purchased from outside.

また、天然ガスから改質して水素ガスを得る方法では、天然ガスをもとに水素を作り出すエネルギーと、その水素を燃やして燃料電池から得られるエネルギーの和は、単に天然ガスを燃焼させて得られるエネルギーよりも低いとされている。   Also, in the method of obtaining hydrogen gas by reforming from natural gas, the sum of the energy that produces hydrogen based on natural gas and the energy that can be obtained from the fuel cell by burning the hydrogen is simply burning natural gas. It is said that it is lower than the energy obtained.

最近では、上記したような方法とは異なる、水素ガスの製造方法が種々提案されている。例えば、特許文献1には、樹脂廃材からの水素の製造方法が提案されている。特許文献1に記載された技術は、樹脂を含有する廃棄物と水とを、含水酸化鉄粒子又は/及び酸化鉄粒子の存在下で反応させるに際し、含水酸化鉄粒子又は/及び酸化鉄粒子を含有する樹脂組成物と、樹脂を含有する廃棄物とを混合、好ましくは溶融混合させて反応させることに特徴がある。また、特許文献1に記載された技術では、含水酸化鉄としては、ゲーサイト(α−FeOOH)、レビッドクロサイト(γ−FeOOH)、δ−FeOOHのうちの1種または2種以上とすることが好ましいとしている。特許文献1に記載された技術によれば、廃棄物として処理に困っていた高分子廃材を再資源化し有効利用することができるとしている。   Recently, various hydrogen gas production methods different from the above-described methods have been proposed. For example, Patent Document 1 proposes a method for producing hydrogen from resin waste. In the technique described in Patent Document 1, when a waste containing resin and water are reacted in the presence of hydrous iron oxide particles and / or iron oxide particles, hydrous iron oxide particles and / or iron oxide particles are reacted. It is characterized in that the resin composition contained and the waste containing the resin are mixed, preferably melt mixed and reacted. In the technique described in Patent Document 1, the hydrous iron oxide is one or more of goethite (α-FeOOH), levidcrosite (γ-FeOOH), and δ-FeOOH. It is said that it is preferable. According to the technique described in Patent Document 1, it is said that polymer waste materials that are in need of treatment as waste can be recycled and effectively used.

しかしながら、特許文献1に記載された技術は、樹脂を含有する廃棄物の有効利用を目的としたものであり、含水酸化鉄粒子又は/及び酸化鉄粒子を含有する樹脂組成物と、樹脂を含有する廃棄物とを混合する際に、300〜2000℃という高温に保持する必要があり、多量のエネルギーを消費するという問題がある。また、特許文献1に記載された技術では、水素発生の主体は、高分子廃材であり、酸化鉄粒子は触媒的な働きをするとされている。   However, the technique described in Patent Document 1 is intended for effective utilization of waste containing resin, and includes a resin composition containing hydrous iron oxide particles and / or iron oxide particles, and a resin. When mixing with the waste to be used, it is necessary to keep at a high temperature of 300 to 2000 ° C., and there is a problem that a large amount of energy is consumed. Further, in the technique described in Patent Document 1, the main body of hydrogen generation is a polymer waste material, and the iron oxide particles are supposed to act as a catalyst.

また、特許文献2には、水素ガス製造方法が記載されている。特許文献2に記載された技術は、電解質水溶液と酸素ガスを含む気体を入れた容器の中で、金属鉄を電解質水溶液に浸漬し、金属鉄から鉄イオンを溶解させ腐食生成物として沈殿させることにより水素ガスを発生させる水素ガス製造方法である。特許文献2に記載された技術によれば、電解質水溶液として海水を利用でき、100℃程度の比較的低温での簡便な操業が可能であるとしている。なお、特許文献2に記載された技術では、金属鉄が腐食により主としてオキシ水酸化鉄などの腐食生成物に変化していることにより、水素が発生するとしている。   Patent Document 2 describes a hydrogen gas production method. In the technique described in Patent Document 2, metallic iron is immersed in an electrolytic aqueous solution in a container containing a gas containing an electrolytic aqueous solution and oxygen gas, and iron ions are dissolved from the metallic iron and precipitated as a corrosion product. This is a method for producing hydrogen gas by generating hydrogen gas. According to the technique described in Patent Document 2, seawater can be used as the electrolyte aqueous solution, and simple operation at a relatively low temperature of about 100 ° C. is possible. In the technique described in Patent Document 2, hydrogen is generated because metallic iron is mainly changed into a corrosion product such as iron oxyhydroxide by corrosion.

特許文献2に記載された技術によれば、比較的低温での操業で水素ガスの製造が可能であるが、特許文献2に記載された技術では水素発生源はあくまでFeであり、腐食反応に基づいて水素ガスを発生させるとしている。このような現象は、すでに自然界で例えば海水中に沈んだ鉄などで水素ガスの発生が認められて然るべきであるが、そのような報告もなく、工業的規模での操業を実施するまでには、更なる検討を必要とするという問題がある。   According to the technique described in Patent Document 2, hydrogen gas can be produced by operation at a relatively low temperature. However, in the technique described in Patent Document 2, the hydrogen generation source is only Fe, and the corrosion reaction occurs. Based on this, hydrogen gas is generated. Such a phenomenon should have already been observed in the natural world, for example, the generation of hydrogen gas in iron submerged in seawater, but there is no such report, and before operating on an industrial scale, There is a problem that requires further examination.

また、特許文献3には、水及び保水剤を含み酸素との接触で発熱する発熱性組成物とアルミニウム粒子とを酸素存在下で混合状態として水素を発生させる水素発生方法が記載されている。特許文献3に記載された技術によれば、自己発熱により水素ガスを急速かつ安定的に発生させることができ、温度制御が不要で、燃料電池に水素を供給する装置に有用であるとしている。   Patent Document 3 describes a hydrogen generation method in which hydrogen is generated by mixing exothermic compositions containing water and a water retention agent that generate heat upon contact with oxygen and aluminum particles in the presence of oxygen. According to the technique described in Patent Document 3, hydrogen gas can be generated rapidly and stably by self-heating, temperature control is unnecessary, and it is useful for an apparatus for supplying hydrogen to a fuel cell.

しかし、特許文献3に記載された技術では、カイロ等で使用される発熱組成物とアルミニウム粒子とを利用しており、いずれも高価で、工業的規模で実施するまでには、更なる検討を必要とするという問題がある。   However, the technique described in Patent Document 3 uses a heat-generating composition and aluminum particles used in a warmer or the like, both of which are expensive and need to be further studied before implementation on an industrial scale. There is a problem of need.

このような問題に対し、本発明者らの一部は、特許文献4に、錆を素材にした水素ガス発生方法を提案した。特許文献4に記載された技術は、FeOOHを含む素材に、FeOOHをFeOに変化させる処理、好ましくは100〜400℃の範囲の温度に加熱する処理を施して、水素ガスを発生させる方法である。特許文献4に記載された技術によれば、高価な素材を用いることなく、しかも簡便に、水素ガスを発生できるとしている。 In response to such a problem, some of the present inventors have proposed a hydrogen gas generation method using rust as a material in Patent Document 4. The technique described in Patent Document 4 generates hydrogen gas by performing a process of changing FeOOH to Fe 2 O 3 on a material containing FeOOH, preferably a process of heating to a temperature in the range of 100 to 400 ° C. Is the method. According to the technique described in Patent Document 4, hydrogen gas can be easily generated without using an expensive material.

特開2003−119474号公報JP 2003-119474 A 特開2006−45033号公報JP 2006-45033 A 特開2006−240931号公報JP 2006-240931 A 特開2013−53060号公報JP 2013-53060 A

しかしながら、特許文献4に記載された技術では、水素ガスの発生効率が低いという問題があった。   However, the technique described in Patent Document 4 has a problem that the generation efficiency of hydrogen gas is low.

本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、高価な素材を用いることなく、しかも簡便に効率よく、水素ガスを多量に生成できる、水素ガス生成方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide a hydrogen gas generation method capable of generating a large amount of hydrogen gas simply and efficiently without using expensive materials.

本発明者らは、上記した目的を達成するために、FeOOHを含む素材を用いて水素ガスを発生させる技術において、生成する水素ガス量に影響する各種要因について、鋭意研究した。その結果、素材であるFeOOHを、Feを含む材料と共存させた状態で、FeOOHをFeOに変化させる処理を施すことにより、生成する水素量が顕著に増加することを見出した。なお、ここでいう「Feを含む材料」とは、酸化物等の化合物として固定された「Fe」ではなく、合金元素としてあるいは不純物元素としてフリーの状態であるFe(以下、「フリーのFe」ともいう)を含む材料をいうものとする。このような「Feを含む材料」としては、例えば、板状、粉末状、フレーク状、線状等の鋼材、すなわち鋼板、鉄粉、鉄線、鋼線等が例示できる。また、表面に錆が形成された鋼材や鉄酸化物である鉄鉱石、鉄錆粉でも、酸化物が還元されて表面にフリーのFeが形成されている場合や、その後に表面にフリーのFeを形成することができる場合には、本発明でいう「Feを含む材料」に該当する。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors diligently studied various factors that affect the amount of hydrogen gas to be generated in the technology for generating hydrogen gas using a material containing FeOOH. As a result, the present inventors have found that the amount of hydrogen produced is significantly increased by performing a process of changing FeOOH to Fe 2 O 3 in a state where FeOOH as a raw material coexists with a material containing Fe. The “material containing Fe” here is not “Fe” fixed as a compound such as an oxide, but Fe that is in a free state as an alloy element or as an impurity element (hereinafter referred to as “free Fe”). Also referred to as a material). Examples of such “materials containing Fe” include steel materials such as plates, powders, flakes, and wires, that is, steel plates, iron powder, iron wires, steel wires, and the like. In addition, steel materials with iron rust formed on the surface, iron ore that is iron oxide, and iron rust powder can also be used when the oxide is reduced and free Fe is formed on the surface. Corresponds to the “material containing Fe” in the present invention.

まず、本発明の基礎となった実験結果について説明する。   First, the experimental results on which the present invention is based will be described.

FeOOHを含む素材として、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)を用い、該試薬(粉末)を半円柱状でボード状の容器(石英ガラス製)におおよそ0.182g(容器にすりきり一杯分)入れて、ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速下の非酸化性雰囲気内で、室温から800℃まで加熱速度:200℃/hで加熱する加熱処理を施し、発生水素量を測定した(試験No.A)。加熱処理中、2.5min間隔で、ガスクロマトグラフィーにより、発生する水素量を測定した。なお、ガスクロ検出器は、TCD(Thermo−Conductivity−Detector)を用いた。   As a material containing FeOOH, use a reagent (powder) of iron rust FeOOH, put the reagent (powder) in a semi-cylindrical board-like container (made of quartz glass), approximately 0.182g (for a full glass), In the gas chromatography, pure argon gas is heated in a non-oxidizing atmosphere under a constant flow rate controlled by a mass flow meter from room temperature to 800 ° C at a heating rate of 200 ° C / h. Measured (Test No. A). During the heat treatment, the amount of hydrogen generated was measured by gas chromatography at intervals of 2.5 min. The gas chromatography detector used was TCD (Thermo-Conductivity-Detector).

また、ガスクロマトグラフィー内で、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)をおおよそ0.271g入れた石英ガラス製容器とともに、該石英ガラス製容器の雰囲気ガス流の下流側に、冷延鋼板(大きさ:厚さ0.8mm×幅約10mm×長さ約50mm、質量:6.42g)1枚を入れたボード状の石英ガラス製容器を配置して、同様の測定を行った(試験No.B)。なお、比較として、ガスクロマトグラフィー内に、冷延鋼板(大きさ:厚さ0.8mm×幅約10mm×長さ約50mm、質量:6.42g)1枚を入れたボード状の石英ガラス製容器のみを配置して、同様の測定を行った(試験No.C)。   In addition, in the gas chromatography, together with a quartz glass container containing approximately 0.271 g of iron rust FeOOH reagent (powder), on the downstream side of the atmosphere gas flow of the quartz glass container, a cold-rolled steel plate (size: thickness A board-like quartz glass container containing one sheet was placed and the same measurement was performed (test No. B). For comparison, only a board-shaped quartz glass container with a cold-rolled steel plate (size: thickness 0.8 mm x width 10 mm x length 50 mm, mass: 6.42 g) in the gas chromatography. And the same measurement was performed (Test No. C).

得られた結果を図1に示す。なお、図1の縦軸は、水素ガスの発生速度である。   The obtained results are shown in FIG. In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 1 is a hydrogen gas generation speed.

図1から、発生した水素ガスの合計量(積分値)を求め、加熱処理前の鉄錆FeOOH(素材)の質量ppm当りの発生量(発生水素量の合計質量(質量ppm))として表1に示す。発生した水素ガスの合計量は、図1に示された水素ガスの発生速度を、時間単位で積分することにより、求めることができる。なお、試験No.Cでは、鉄錆FeOOH(素材)を装入しなかったので、発生水素量の合計は、加熱処理前の鉄錆FeOOH(素材)の質量ppm当りに代えて、冷延鋼板の質量ppm当りで表示している。   Figure 1 shows the total amount (integrated value) of the generated hydrogen gas. Table 1 shows the amount of iron rust FeOOH (raw material) before heat treatment per mass ppm (total mass of generated hydrogen (mass ppm)). Shown in The total amount of generated hydrogen gas can be obtained by integrating the hydrogen gas generation rate shown in FIG. 1 in time units. In Test No. C, iron rust FeOOH (material) was not charged, so the total amount of generated hydrogen was replaced by cold-rolled steel sheet instead of per mass ppm of iron rust FeOOH (material) before heat treatment. It is displayed per mass ppm.

Figure 0006330715
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図1から、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)(FeOOHを含む素材)に、100〜500℃または100〜800℃の範囲の温度に加熱する加熱処理を施すことにより、水素ガスが発生することがわかる(試験No.A)。さらに、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)に冷延鋼板の存在下で上記した加熱処理を施した場合(試験No.B)には、図1に示すように水素ガス発生速度のピーク値で1.5倍程度、表1に示すように100〜500℃の温度範囲における合計の水素ガス発生量で、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)のみの場合(試験No.A)に比べて、2.3倍程度と、発生水素量が顕著に増加することがわかる。なお、試験No.Cでは、発生した水素量は0.02質量ppmであり、冷延鋼板のみでは、ほとんど水素が発生していないことがわかる。   From FIG. 1, it is possible to generate hydrogen gas by heating the iron rust FeOOH reagent (powder) (material containing FeOOH) to a temperature in the range of 100 to 500 ° C or 100 to 800 ° C. Yes (test No. A). Further, when the iron rust FeOOH reagent (powder) is subjected to the above heat treatment in the presence of a cold-rolled steel sheet (test No. B), the peak value of the hydrogen gas generation rate is 1.5 as shown in FIG. As shown in Table 1, the total amount of hydrogen gas generated in the temperature range of 100 to 500 ° C is about 2.3 times compared to the case of iron rust FeOOH reagent (powder) only (test No. A). It can be seen that the amount of generated hydrogen increases significantly. In Test No. C, the amount of generated hydrogen was 0.02 ppm by mass, and it can be seen that almost no hydrogen was generated from the cold-rolled steel sheet alone.

この具体的なメカニズムについては、現在のところ明確にはなっていないが、鉄錆FeOOHを冷延鋼板、すなわち、フリー状態の鉄(Fe)の存在下で、加熱処理を施すと、FeOOHがFeOに変化するに伴い、水素が発生する現象に加えて、フリー状態の鉄(Fe)による水分の還元作用、およびそれらの重畳作用により、発生する水素ガス量が顕著に増加したものと、本発明者らは考えている。 Although this specific mechanism is not clear at present, when iron rust FeOOH is heat-treated in the presence of cold-rolled steel sheet, that is, iron (Fe) in a free state, FeOOH becomes Fe. With the change to 2 O 3 , in addition to the phenomenon that hydrogen is generated, the amount of generated hydrogen gas is remarkably increased by the action of reducing water by iron (Fe) in a free state and the overlapping action thereof. The present inventors consider.

さらに、上記した鉄錆FeOOHを加熱する処理を、冷延鋼板に代えて鉄粉を用いて、同様に行い、発生する水素量を測定した。なお、鉄粉としては、アトマイズ鉄粉、還元鉄粉を用いた。還元鉄粉は、ポーラス状を呈する粒子の集合体である。試験条件は下記のとおりとした。   Furthermore, the treatment for heating the iron rust FeOOH was performed in the same manner using iron powder instead of the cold-rolled steel sheet, and the amount of hydrogen generated was measured. In addition, atomized iron powder and reduced iron powder were used as the iron powder. The reduced iron powder is an aggregate of particles exhibiting a porous shape. The test conditions were as follows.

試験No.Dは、ガスクロマトグラフィー内で、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)をおおよそ0.251g入れた石英ガラス製容器とともに、該石英ガラス製容器の雰囲気ガス流の下流側に、アトマイズ鉄粉(質量:3.53g)を入れたボード状の石英ガラス製容器を配置して、室温から800℃まで加熱速度:200℃/hで加熱する加熱処理を施した。加熱処理中、2.5min間隔で、ガスクロマトグラフィーにより、発生する水素量を同様に測定した。なお、ガスクロ検出器は同様に、TCD(Thermo−Conductivity−Detector)を用いた。   Test No. D consists of a quartz glass container containing approximately 0.251 g of iron rust FeOOH reagent (powder) in the gas chromatography, and an atomized iron powder (on the downstream side of the atmosphere gas flow of the quartz glass container ( A board-shaped quartz glass container with a mass of 3.53 g) was placed, and a heating treatment was performed by heating from room temperature to 800 ° C. at a heating rate of 200 ° C./h. During the heat treatment, the amount of generated hydrogen was similarly measured by gas chromatography at intervals of 2.5 min. Similarly, the gas chromatograph detector used TCD (Thermo-Conductivity-Detector).

試験No.Eは、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)をおおよそ0.127gと、アトマイズ鉄粉(質量:2.08g)とを混合して入れた石英ガラス製容器を、ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速下の非酸化性雰囲気内で、同様の加熱処理を施し、発生水素量を測定した。   Test No. E is a quartz glass container containing approximately 0.127 g of iron rust FeOOH reagent (powder) and atomized iron powder (mass: 2.08 g). A similar heat treatment was performed in a non-oxidizing atmosphere under a constant flow rate where the gas was controlled by a mass flow meter, and the amount of generated hydrogen was measured.

試験No.Fは、アトマイズ鉄粉(質量:3.70g)のみを入れた石英ガラス製容器を、ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速下の非酸化性雰囲気内で、同様の加熱処理を施し、同様に発生水素量を測定した。なお、試験No.Fでは、鉄錆FeOOH(素材)を装入しなかったので、発生水素量の合計は、加熱処理前の鉄錆FeOOH(素材)の質量ppm当りに代えて、鉄粉(アトマイズ鉄粉)の質量ppm当りで表示している。   Test No. F is a quartz glass container containing only atomized iron powder (mass: 3.70 g) in a gas chromatograph and in a non-oxidizing atmosphere under a constant flow rate with pure argon gas controlled by a mass flow meter. The same heat treatment was performed, and the amount of generated hydrogen was measured in the same manner. In Test No. F, iron rust FeOOH (material) was not charged, so the total amount of generated hydrogen was replaced with iron powder (ppm) of mass of iron rust FeOOH (material) before heat treatment. It is displayed per mass ppm of atomized iron powder.

得られた結果を図2に示す。   The obtained results are shown in FIG.

つぎに、アトマイズ鉄粉に代えて、還元鉄粉を用い、同様の加熱処理を行った。   Next, instead of atomized iron powder, reduced iron powder was used, and the same heat treatment was performed.

試験No.Gは、ガスクロマトグラフィー内で、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)をおおよそ0.254g入れた石英ガラス製容器とともに、該石英ガラス製容器の雰囲気ガス流の下流側に、還元鉄粉(質量:3.20g)を入れたボード状の石英ガラス製容器を配置して、室温から800℃まで加熱速度:200℃/hで加熱する加熱処理を施した。加熱処理中、2.5min間隔で、ガスクロマトグラフィーにより、発生する水素量を同様に測定した。なお、ガスクロ検出器は同様に、TCD(Thermo−Conductivity−Detector)を用いた。   Test No. G consists of a quartz glass container containing approximately 0.254 g of iron rust FeOOH reagent (powder) in the gas chromatography and a reduced iron powder (on the downstream side of the atmospheric gas flow in the quartz glass container. A board-shaped quartz glass container with a mass of 3.20 g) was placed and subjected to a heat treatment of heating from room temperature to 800 ° C. at a heating rate of 200 ° C./h. During the heat treatment, the amount of generated hydrogen was similarly measured by gas chromatography at intervals of 2.5 min. Similarly, the gas chromatograph detector used TCD (Thermo-Conductivity-Detector).

試験No.Hは、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)をおおよそ0.148gと、還元鉄粉(質量:2.16g)とを混合して入れた石英ガラス製容器を、ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速下の非酸化性雰囲気内で、同様の加熱処理を施し、発生する水素量を測定した。   Test No. H is a quartz glass container containing approximately 0.148 g of iron rust FeOOH reagent (powder) mixed with reduced iron powder (mass: 2.16 g). A similar heat treatment was performed in a non-oxidizing atmosphere under a constant flow rate where the gas was controlled by a mass flow meter, and the amount of hydrogen generated was measured.

試験No.Iは、還元鉄粉(質量:3.13g)のみを入れた石英ガラス製容器を、ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速下の非酸化性雰囲気内で、同様の加熱処理を施し、発生する水素量を測定した。なお、試験No.Iでは、鉄錆FeOOH(素材)を装入しなかったので、発生水素量の合計は、加熱処理前の鉄錆FeOOH(素材)の質量ppm当りに代えて、鉄粉(還元鉄粉)の質量ppm当りで表示している。   Test No. I is a quartz glass container containing only reduced iron powder (mass: 3.13 g) in a non-oxidizing atmosphere under a constant flow rate in a gas chromatography and pure argon gas controlled by a mass flow meter. The same heat treatment was performed, and the amount of generated hydrogen was measured. In Test No. I, since iron rust FeOOH (material) was not charged, the total amount of generated hydrogen was changed to iron powder (ppm) instead of per mass ppm of iron rust FeOOH (material) before heat treatment. It is displayed per mass ppm of (reduced iron powder).

得られた結果を図3に示す。   The obtained results are shown in FIG.

図2,3から、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)を、鉄粉とともに加熱処理を施すこと(試験No.D,No.E;No.G,No.H)により、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)単独の場合(図1試験No.A)に比べ、水素ガス発生速度のピークが複数存在するようになること、および、300℃付近の水素ガス発生速度のピーク値で比較するとそのピーク値が高くなることを見出した。また、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)を、鉄粉とともに加熱処理を施す際に、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)と鉄粉とを別々の容器に入れて処理(試験No.D,No.G)した方が、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)と鉄粉とを混ぜて(互いに接触させて)同じ容器に入れて処理(試験No.E,No.H)する場合より、発生する水素量が多くなることを見出した。なお、鉄粉単独で加熱処理を施した場合(試験No.F;No.I)には、発生する水素量は極く微量であった。   From Figs. 2 and 3, the iron rust FeOOH reagent (powder) is subjected to heat treatment together with iron powder (test No. D, No. E; No. G, No. H). Compared to the case of powder) alone (Fig. 1 Test No. A), there are multiple peaks of hydrogen gas generation rate, and the peak value of hydrogen gas generation rate around 300 ° C is compared. Found to be higher. In addition, when the iron rust FeOOH reagent (powder) is heat-treated together with the iron powder, the iron rust FeOOH reagent (powder) and the iron powder are put in separate containers and processed (test No. D, No. G) is more hydrogen generated than when iron rust FeOOH reagent (powder) and iron powder are mixed (in contact with each other) and processed in the same container (test No. E, No. H). I found that the amount was large. In addition, when the heat treatment was performed using iron powder alone (Test No. F; No. I), the amount of generated hydrogen was extremely small.

図1と同様に、図2および図3から、発生した水素ガスの合計量(積分値)を求め、加熱処理前の鉄錆FeOOH(素材)の質量ppm当りの発生量(発生水素量の合計質量(質量ppm))として表2に示す。なお、水素ガス発生速度のピークが複数存在するため、表2では、温度域を2〜3の区間に区切って、それぞれの温度域での合計量を示した。なお、水素ガス発生速度のピークが1つの場合には、温度域はRT〜500℃の範囲とした。   Similar to Fig. 1, the total amount of hydrogen gas generated (integrated value) is obtained from Figs. 2 and 3, and the amount of iron rust FeOOH (material) before heat treatment per mass ppm (total amount of hydrogen generated) The mass (mass ppm) is shown in Table 2. Since there are a plurality of hydrogen gas generation rate peaks, Table 2 shows the total amount in each temperature range by dividing the temperature range into 2-3 intervals. When the hydrogen gas generation rate had one peak, the temperature range was RT to 500 ° C.

Figure 0006330715
Figure 0006330715

表2から、加熱処理に際し、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)とともに使用する鉄粉を、還元鉄粉とした場合には、アトマイズ鉄粉とした場合に比べて、発生する水素量が格段に(全発生水素量で比較して約1.5倍)増加することを知見した。この理由については、現在のところ完全には明らかになっていないが、本発明者らは、還元鉄粉が、ポーラスで表面積が大きいことに起因しているものと推定している。   From Table 2, when the iron powder used with the iron rust FeOOH reagent (powder) is reduced iron powder during the heat treatment, the amount of hydrogen generated is significantly greater than when atomized iron powder is used ( It was found that the total amount of generated hydrogen increased by about 1.5 times. The reason for this is not completely clear at present, but the present inventors presume that the reduced iron powder is caused by the porous and large surface area.

本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
(1)FeOOHを含む素材に、前記FeOOHがFeOに変化する処理を施し、水素ガスを発生させるに当たり、前記素材とFeを含む材料とを共存させ、かつ該Feを含む材料が、前記素材に含まれるFeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置して、前記FeOOHがFeOに変化する処理を施すことを特徴とする水素ガス生成方法。
(2)FeOOHを含む素材とFeを含む材料とを共存させ、かつ該Feを含む材料が、前記素材に含まれるFeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置して、前記FeOOHがFeOに変化する処理を施し、水素ガスを発生させたのちに、前記FeOをFeOOHに変化させる錆処理を施し、ついで該錆処理を施されて生成した該FeOOHがFeOに変化する処理を、前記錆処理を施されて生成した前記FeOOHとFeを含む材料とを共存させ、かつ、前記Feを含む材料が、前記錆処理を施されて生成した前記FeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置して施し、水素ガスを発生させる工程を、複数回繰返すことを特徴とする水素ガス生成方法。
(3)(1)または(2)において、前記共存させる前記Feを含む材料が、前記FeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で1.0以上となるように配置することを特徴とする水素ガス生成方法。
(4)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、前記共存させる前記Feを含む材料の形態が、板状、粉末状、チップ状、線状のいずれかであることを特徴とする水素ガス生成方法。
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、前記FeOOHがFeOに変化する処理が、前記FeOOHを含む素材および前記Feを含む材料を100〜600℃の範囲の温度に加熱する処理であることを特徴とする水素ガス生成方法。
(6)(1)ないし(5)のいずれかにおいて、前記FeOOHを含む素材が、FeOOHを含む鉄系材料であることを特徴とする水素ガス生成方法。
(7)(1)ないし(6)のいずれかにおいて、前記FeOOHがFeOに変化する処理が、非酸化性雰囲気中で行う処理であることを特徴とする水素ガス生成方法。
The present invention has been completed based on such findings and further studies. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) When a material containing FeOOH is subjected to a treatment in which the FeOOH is changed to Fe 2 O 3 to generate hydrogen gas, the material and the material containing Fe coexist, and the material containing Fe is A hydrogen gas generating method, wherein the material is disposed so that the mass ratio with respect to the amount of FeOOH contained in the material is 0.5 or more in terms of free Fe, and the process of changing the FeOOH to Fe 2 O 3 is performed.
(2) Arrange a material containing FeOOH and a material containing Fe so that the material containing Fe is 0.5 or more in terms of free Fe in terms of mass ratio to the amount of FeOOH contained in the material. The FeOOH was changed to Fe 2 O 3 to generate hydrogen gas, and then the rust treatment was performed to change the Fe 2 O 3 to FeOOH. The treatment in which the FeOOH is changed to Fe 2 O 3 coexists with the FeOOH produced by the rust treatment and the material containing Fe, and the material containing Fe is subjected to the rust treatment. A method for generating hydrogen gas, characterized in that the step of generating hydrogen gas is repeated a plurality of times in a mass ratio with respect to the amount of generated FeOOH so as to be 0.5 or more in terms of free Fe.
(3) Hydrogen gas characterized in that, in (1) or (2), the coexisting Fe-containing material is arranged so that the mass ratio to the FeOOH amount is 1.0 or more in terms of free Fe Generation method.
(4) The hydrogen gas according to any one of (1) to (3), wherein the co-existing Fe-containing material is in the form of a plate, a powder, a chip, or a line. Generation method.
(5) In any one of (1) to (4), the treatment in which the FeOOH is changed to Fe 2 O 3 heats the raw material containing FeOOH and the material containing Fe to a temperature in the range of 100 to 600 ° C. A method for generating hydrogen gas, characterized in that:
(6) The method for generating hydrogen gas according to any one of (1) to (5), wherein the material containing FeOOH is an iron-based material containing FeOOH.
(7) The hydrogen gas generation method according to any one of (1) to (6), wherein the process of changing FeOOH to Fe 2 O 3 is a process performed in a non-oxidizing atmosphere.

本発明によれば、高価な素材を用いることなく、しかも簡便で効率的に、水素ガスを多量に発生でき、産業上格段の効果を奏する。   According to the present invention, a large amount of hydrogen gas can be generated in a simple and efficient manner without using an expensive material, and a remarkable industrial effect can be achieved.

試薬(鉄錆成分)を用いた水素発生速度と加熱温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the hydrogen generation speed using a reagent (iron rust component), and heating temperature. アトマイズ鉄粉の共存下での、試薬(鉄錆成分)を用いた水素発生速度と加熱温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the hydrogen generation rate using a reagent (iron rust component) and heating temperature in the presence of atomized iron powder. 還元鉄粉の共存下での、試薬(鉄錆成分)を用いた水素発生速度と加熱温度との関係におよぼす鉄粉の影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence of iron powder on the relationship between the hydrogen generation rate using a reagent (iron rust component) and heating temperature in the presence of reduced iron powder.

本発明では、FeOOHを含む素材に、FeOOHがFeOに変化する処理を施し、水素ガスを発生させるに当り、このFeOOHがFeOに変化する処理を、Feを含む材料を共存させて施す。ここでいう「Feを含む材料」は、化合物として固定されていない、フリーのFeを含む材料とする。 In the present invention, when a material containing FeOOH is subjected to a treatment in which FeOOH is changed to Fe 2 O 3 and hydrogen gas is generated, the treatment in which this FeOOH is changed to Fe 2 O 3 is performed together with the material containing Fe. Apply. The “material containing Fe” here is a material containing free Fe that is not fixed as a compound.

本発明では、水素発生源としてFeOOHを含む素材を用いる。   In the present invention, a material containing FeOOH is used as a hydrogen generation source.

ここでいう「FeOOHを含む素材」とは、FeOOHを含むものであればよく、とくにその種類、形態は限定されない。なお、FeOOHは、α相、β相、γ相が知られており、なかでもα相の存在確率が高いが、本発明ではいずれの相であっても水素ガス発生源として利用でき、相の違いは問題にしない。また、ここでいう「FeOOH」は、「FeO・HO」と表記される物質と等価である。 The “material containing FeOOH” herein may be any material containing FeOOH, and the type and form thereof are not particularly limited. In addition, FeOOH has known α phase, β phase, and γ phase, and among them, the existence probability of α phase is high, but in the present invention, any phase can be used as a hydrogen gas generation source. The difference does not matter. Further, “FeOOH” here is equivalent to a substance represented as “Fe 2 O 3 .H 2 O”.

FeOOHを含む素材としては、例えば、純FeOOH粉末や、錆としてFeOOHが形成された鉄鋼材料等の鉄系材料が例示できる。鉄鋼材料としては、赤錆の主成分であるFeOOHが形成できる組成であればよく、各種鋼材、各種鉄スクラップ等がいずれも適用でき、とくにその組成は限定されない。なお、鉄系材料としては、さらにFe基合金やFeを含有する合金、鉄鉱石等が例示できる。また、反応の容易さという観点から、素材の形態は、粉体や、チップ状、フレーク状に細かく切断されたものとすることが好ましい。   Examples of the material containing FeOOH include pure FeOOH powder and iron-based materials such as steel materials in which FeOOH is formed as rust. The steel material may be any composition that can form FeOOH, which is the main component of red rust, and various steel materials and various iron scraps can be applied, and the composition is not particularly limited. Examples of the iron-based material further include an Fe-based alloy, an alloy containing Fe, and iron ore. Further, from the viewpoint of easy reaction, the material is preferably finely cut into powder, chips, or flakes.

そして、本発明では、水素発生源であるFeOOHを含む素材に、FeOOHがFeOに変化する処理を施す。 In the present invention, the material containing FeOOH is hydrogen source, subjected to the treatment FeOOH is changed to Fe 2 O 3.

FeOOHがFeOに変化する処理としては、FeOOHを含む素材を、100〜600℃の温度域に加熱する処理とする。この温度域に、FeOOHを含む素材を加熱すれば、反応の詳細については明確になっていないが、FeOOHがFeOに変化する反応により水素ガスが発生する。なお、加熱する温度域は、好ましくは100〜500℃の温度域、より好ましくは250〜400℃の温度域である。 As a process for changing FeOOH to Fe 2 O 3 , a material containing FeOOH is heated to a temperature range of 100 to 600 ° C. If a material containing FeOOH is heated in this temperature range, the details of the reaction are not clear, but hydrogen gas is generated by a reaction in which FeOOH changes to Fe 2 O 3 . In addition, the temperature range to heat becomes like this. Preferably it is a temperature range of 100-500 degreeC, More preferably, it is a temperature range of 250-400 degreeC.

上記した範囲の温度域に加熱する処理としては、上記した範囲の一定温度に加熱し保持する処理(定温加熱)、あるいは、上記した範囲の温度域を所定の加熱速度で、昇温(加熱)する処理(連続加熱)のどちらでもよい。   As the process of heating to the temperature range of the above range, the process of heating and holding at a constant temperature of the above range (constant temperature heating), or the temperature range of the above range at a predetermined heating rate (heating) Either of the processing (continuous heating) to perform may be sufficient.

なお、素材の加熱は、非酸化性雰囲気中で、さらに好ましくは非酸化性雰囲気の容器内で行う。非酸化性雰囲気としては、純アルゴン等の不活性雰囲気とすることが好ましいが、それに限定されないことは言うまでもない。なお、加熱のための熱源は、とくに限定する必要はなく、ヒーター、バーナー等の常用の加熱手段がいずれも適用できる。 The material is heated in a non- oxidizing atmosphere, and more preferably in a container having a non-oxidizing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere is preferably an inert atmosphere such as pure argon, but is not limited thereto. The heat source for heating is not particularly limited, and any conventional heating means such as a heater and a burner can be applied.

なお、発生する水素量は、素材に含まれるFeOOH量に依存する。このため、FeOOHを含む素材は、連続的に、あるいは間歇的(バッチ式)に、所望の水素ガス発生量となるように供給することが好ましい。   Note that the amount of hydrogen generated depends on the amount of FeOOH contained in the material. For this reason, it is preferable to supply the raw material containing FeOOH continuously or intermittently (batch type) so as to obtain a desired hydrogen gas generation amount.

本発明では、FeOOHを含む素材に、FeOOHがFeOに変化する処理を施す際に、「Feを含む材料」を、同じ雰囲気中に存在(共存)させて、行う。ここでいう「Feを含む材料」とは、酸化物等の化合物として固定された「Fe」ではなく、合金元素としてあるいは不純物元素としてフリーの「Fe」を含む材料をいうものとする。例えば、Ni基合金に含まれるFeや、ステンレス鋼材のようなFe基合金中のFeはフリーのFeであるが、FeOにおけるFeはフリーのFeではない。そして、本発明では、「Feを含む材料」を、素材に含まれるFeOOH量(質量)に対する質量比で、フリーのFe(質量)換算で0.5以上となるように配置する。 In the present invention, when a material containing FeOOH is subjected to a process of changing FeOOH to Fe 2 O 3 , the “material containing Fe” is present in the same atmosphere (coexistence). The “material containing Fe” here refers to a material containing free “Fe” as an alloy element or impurity element, not “Fe” fixed as a compound such as an oxide. For example, Fe contained in a Ni-based alloy or Fe in a Fe-based alloy such as a stainless steel material is free Fe, but Fe in Fe 2 O 3 is not free Fe. And in this invention, it arrange | positions so that "material containing Fe" may be 0.5 or more in conversion of free Fe (mass) by mass ratio with respect to the amount (mass) of FeOOH contained in a raw material.

本発明では、このような「Feを含む材料」を、FeOOHがFeOに変化して、水素ガスが発生する反応を促進する作用を担うものとして、FeOOHを含む素材と共存させる。上記した「Feを含む材料」を、FeOOHを含む素材と共存させることにより、水素ガスが発生する反応が促進するメカニズムについては、現在までのところ明確になっていないが、本発明者らは、次のように考えている。 In the present invention, such a “material containing Fe” is made to coexist with a material containing FeOOH, assuming that FeOOH changes to Fe 2 O 3 and promotes the reaction of generating hydrogen gas. The mechanism that promotes the reaction of generating hydrogen gas by coexisting the above-mentioned “material containing Fe” with a material containing FeOOH has not been clarified so far. I think as follows.

FeOOHがFeOに変化して、水素ガスが発生する反応については、現在までのところ明確になっていないが、本発明者らは、次のように推定している。 The reaction in which FeOOH is changed to Fe 2 O 3 and hydrogen gas is generated has not been clarified so far, but the present inventors presume as follows.

FeOOHが、FeOに変化するに際し、次(1)式
2FeOOH→ FeO+H+1/2O……(1)
で示される直接反応で水素ガスが発生するか、あるいは次(2)式
2FeOOH→ FeO+HO ……(2)
で示される反応で形成された水HOの一部が、次式
HO→ H+1/2O……(2a)
で示される反応で解離して水素ガスが発生するか、あるいはそれらが重畳したものと推定できる。なお、(1)式、(2)式、(2a)式で示される反応では、水素ガスHと酸素ガスOがともに発生するが、発生した酸素ガスOは、多量に存在する鉄錆に吸収されて系外には出ず、発生した水素ガスHのみが検出されたものと推察している。
When FeOOH changes to Fe 2 O 3 , the following formula (1)
2FeOOH → Fe 2 O 3 + H 2 + 1 / 2O 2 (1)
Hydrogen gas is generated by the direct reaction shown in the following, or the following equation (2)
2FeOOH → Fe 2 O 3 + H 2 O (2)
A part of the water H 2 O formed in the reaction represented by
H 2 O → H 2 + 1 / 2O 2 (2a)
It can be presumed that hydrogen gas is generated by dissociation by the reaction shown in FIG. In the reactions represented by the formulas (1), (2), and (2a), both hydrogen gas H 2 and oxygen gas O 2 are generated, but the generated oxygen gas O 2 is a large amount of iron. It is presumed that only the generated hydrogen gas H 2 was detected without being absorbed outside by the rust.

「Feを含む材料」をFeOOHを含む素材と共存させることにより、ある種の触媒作用が働き、上記した(1)式、(2)式、(2a)式で示される反応が促進されるものと推察される。   By coexisting “materials containing Fe” with materials containing FeOOH, a certain type of catalytic action works, and the reactions shown in the above formulas (1), (2), and (2a) are promoted. It is guessed.

あるいはさらに、FeOOHがFeOに変化するに際し、とくに次(2)式
2FeOOH→ FeO+HO ……(2)
で示される反応で水HOが形成された場合には、Feが共存することにより、次(3)式
2Fe+3HO→ FeO+3H……(3)
で示される反応で、水が還元されて水素ガスHが発生する反応が進行するものと推定している。
Or, further, when FeOOH changes to Fe 2 O 3 ,
2FeOOH → Fe 2 O 3 + H 2 O (2)
In the case where water H 2 O is formed by the reaction represented by the following formula (3),
2Fe + 3H 2 O → Fe 2 O 3 + 3H 2 ...... (3)
It is estimated that the reaction in which water is reduced and hydrogen gas H 2 is generated proceeds.

このように、FeOOHを含む素材に、「Feを含む材料」を共存させることにより、上記した(1)式、(2)式、(2a)式で示される反応が促進されることに加えて、さらに(2)式、(3)式で示される反応が重畳して、「Feを含む材料」を共存させない場合に比べて、発生する水素ガス量が増加したものと推定される。   Thus, in addition to coexisting the “material containing Fe” with the material containing FeOOH, the reactions shown in the above formulas (1), (2), and (2a) are promoted. Further, it is presumed that the amount of hydrogen gas generated is increased as compared with the case where the “materials containing Fe” do not coexist because the reactions shown by the equations (2) and (3) overlap.

なお、共存させる「Feを含む材料」は、素材に含まれるFeOOH量(質量)に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置する。本発明で素材と共存させる「Feを含む材料」は、フリーのFeを含む材料であればよく、その種類、形状は限定する必要はない。しかし、「Feを含む材料」がフリーのFe換算で、素材に含まれるFeOOH量(質量)に対する質量比で、0.5未満では、上記した、ある種の触媒作用や水の還元作用等が低下すると考えられる。   The “Fe-containing material” to be coexisted is arranged so that the mass ratio with respect to the amount (mass) of FeOOH contained in the material is 0.5 or more in terms of free Fe. The “material containing Fe” that coexists with the material in the present invention may be any material containing free Fe, and the type and shape thereof need not be limited. However, if the “material containing Fe” is less than 0.5 in terms of the mass ratio of FeOOH (mass) contained in the raw material in terms of free Fe, the above-mentioned certain catalytic action and water reducing action will decrease. Conceivable.

また、含まれるFeが酸化物、あるいはその他の化合物として固定されている場合には、上記した作用が期待できなくなる。このため、「Feを含む材料」では、フリーのFeとして作用できる状態のFe(フリーのFe)を含む材料とする必要がある。   Further, when the contained Fe is fixed as an oxide or other compound, the above-described action cannot be expected. For this reason, in the “material containing Fe”, it is necessary to use a material containing Fe (free Fe) in a state where it can act as free Fe.

なお、ここでいう「Feを含む材料」には、鉄板、鉄系合金板、鋼板などの鉄系板状材、あるいは鉄粉、鋼粉、合金鋼粉などの鉄系粉末、あるいは鉄線、鋼線、ワイヤウール等の鉄系線状材、鉄鋼材料等の削りくず等の鉄系チップ材、鉄系フレーク材等の、鉄系材料が例示できる。鉄系材料では、合金元素の含有、不純物元素の含有等で、フリーのFe含有量に相違がある場合があるが、通常、質量%で90%以上のフリーのFeを含有している。したがって、多くの鉄系材料では、ほぼその質量を、素材に含まれるFeOOH量に対応する質量とすることができる。なお、ステンレス鋼のように、Cr、Mo、Ni等を多量に含有する高合金鋼では、含有する合金元素量が多くなるが、残部はFeであり、含まれる合金元素量を差し引いた残部Feの質量を、素材に含まれるFeOOH量に対応するフリーのFeの質量とすることはいうまでもない。また、Ni基合金やCo基合金では、Fe含有量は少なく、そのFe含有量が素材に含まれるFeOOH量に対応するフリーのFeの質量となる。   As used herein, “Fe-containing material” includes iron plate, iron alloy plate, iron plate material such as steel plate, or iron powder such as iron powder, steel powder, alloy steel powder, or iron wire, steel. Examples thereof include iron-based materials such as iron-based linear materials such as wires and wire wool, iron-based chip materials such as shavings such as steel materials, and iron-based flake materials. In iron-based materials, there may be a difference in free Fe content depending on the alloy element content, impurity element content, etc., but usually contains 90% or more of free Fe by mass%. Therefore, in many iron-based materials, the mass can be almost the mass corresponding to the amount of FeOOH contained in the material. In addition, in the high alloy steel containing a large amount of Cr, Mo, Ni, etc. like stainless steel, the amount of the alloying element to be contained is large, but the balance is Fe, and the balance Fe is obtained by subtracting the amount of alloying elements contained. It goes without saying that the mass of is the mass of free Fe corresponding to the amount of FeOOH contained in the material. Further, in the Ni-base alloy and the Co-base alloy, the Fe content is small, and the Fe content is the mass of free Fe corresponding to the FeOOH amount contained in the material.

なお、めっきなどの表面に被膜が厚く形成されている鋼板(鋼材)、酸化膜が表面に厚く形成された鋼板(鋼材)、鉄鉱石等は、表面にFeが露出することが考えにくいため、本発明でいう「Feを含む材料」には該当しないことが多い。また、発生する水素ガスにより、表面に形成された被膜や酸化膜が還元されて、フリーなFeが表面に露出することができる場合には、本発明でいう「Feを含む材料」に該当するとみなせる場合がある。例えば、プレスされてスクラップ状にされ下地鋼板が露出しためっき鋼板、あるいは表面に不動態被膜が薄く形成されたステンレス系鋼材は、本発明でいう「Feを含む材料」として問題のないことを確認している。なお、鉄鉱石でも、水素発生量が多い場合には、表面が還元されて、フリーなFeが表面に露出する場合があり、本発明でいう「Feを含む材料」に該当する場合も考えられる。   In addition, steel sheets (steel materials) with a thick coating on the surface such as plating, steel sheets (steel materials) with an oxide film formed thick on the surface, iron ore, etc. are unlikely to expose Fe on the surface, In many cases, it does not correspond to the “material containing Fe” in the present invention. In addition, when the film or oxide film formed on the surface is reduced by the generated hydrogen gas and free Fe can be exposed on the surface, it corresponds to the “material containing Fe” in the present invention. There are cases where it can be considered. For example, it is confirmed that there is no problem as a “material containing Fe” in the present invention for a plated steel plate that has been pressed into a scrap and exposed to a base steel plate, or a stainless steel material having a thin passive film on the surface. doing. Even in iron ore, when the amount of hydrogen generation is large, the surface may be reduced and free Fe may be exposed on the surface, and it may be considered that it corresponds to the “material containing Fe” in the present invention. .

また、本発明でいう「Feを含む材料」は、反応の促進のためには表面積を大きくしたほうがよく、薄材、線状材、チップ状材、粉末等とすることがより好ましい。   In addition, the “material containing Fe” in the present invention should have a large surface area in order to promote the reaction, and is preferably a thin material, a linear material, a chip-shaped material, a powder, or the like.

「Feを含む材料」は、水素発生源である素材に含まれるFeOOH量(質量)に対応した量(質量)を共存させて、配置することが好ましい。「Feを含む材料」は、素材に含まれるFeOOH量(質量)に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上、好ましくは1.0(等量)以上となるように共存配置する。「Feを含む材料」が、素材に含まれるFeOOH量(質量)に対する質量比で、0.5未満では、いわゆる、ある種の触媒的作用や水の還元作用等が低下し、所望の水素ガス発生量を確保できなくなる。このため、FeOOHを含む素材と共存させる「Feを含む材料」は、下記式
(フリーFe換算でFe含有質量(g))/(素材に含まれるFeOOH量(質量)(g)
で定義される比(質量比)で、0.5以上となるように配置することとした。なお、上記した比の上限についてはとくに限定する必要はないが、上記した比が10を超えて「Feを含む材料」の量を増加させると、効果が飽和する傾向を示す。
It is preferable that the “material containing Fe” be arranged in the presence of an amount (mass) corresponding to the amount (mass) of FeOOH contained in the raw material that is a hydrogen generation source. The “material containing Fe” is coexistingly arranged so that the mass ratio with respect to the amount (mass) of FeOOH contained in the material is 0.5 or more, preferably 1.0 (equivalent) or more in terms of free Fe. If the “material containing Fe” is less than 0.5 by mass ratio with respect to the amount of FeOOH contained in the material (mass), the so-called catalytic action and water reduction action are reduced, and the desired amount of hydrogen gas generated Cannot be secured. For this reason, the “Fe-containing material” that coexists with the FeOOH-containing material is expressed by the following formula (Fe-containing mass (g) in terms of free Fe) / (FeOOH content (mass) (g) in the material)
The ratio (mass ratio) defined in the above was determined to be 0.5 or more. The upper limit of the ratio is not particularly limited, but when the ratio exceeds 10 and the amount of “material containing Fe” is increased, the effect tends to be saturated.

なお、反応の促進のためには、「Feを含む材料」は、FeOOHを含む素材の近傍に配置して処理するほうが好ましい。また、「Feを含む材料」とFeOOHを含む素材とを混ぜ合わせて配置してもよいが、FeOOHを含む素材と「Feを含む材料」とは好ましくは別々の容器に入れて、好ましくはFeOOHを含む素材が入った容器の雰囲気ガス流の下流側に配置して処理したほうが、発生水素量の観点から好ましい。「Feを含む材料」とFeOOHを含む素材とを混ぜ合わせて、接触させると、水素ガスの発生量が低くなる。このようなことから、FeOOHを含む素材と「Feを含む材料」とは接触させずに、加熱処理を施したほうが好ましい。   In order to promote the reaction, it is preferable that the “material containing Fe” be disposed in the vicinity of the material containing FeOOH. In addition, the “material containing Fe” and the material containing FeOOH may be mixed and arranged, but the material containing FeOOH and the “material containing Fe” are preferably put in separate containers, preferably FeOOH. From the viewpoint of the amount of generated hydrogen, it is preferable to dispose the gas at a downstream side of the atmosphere gas flow of the container containing the raw material containing. When the “material containing Fe” and the material containing FeOOH are mixed and brought into contact with each other, the amount of hydrogen gas generated is reduced. For this reason, it is preferable to perform the heat treatment without bringing the material containing FeOOH into contact with the “material containing Fe”.

上記したように、FeOOHを含む素材と「Feを含む材料」とを共存させることにより、水素ガスが発生する反応が促進される。しかし、生成したFeOが発生した水素ガスにより還元される反応、すなわち次式
3FeO+H→ 2FeO+HO ……(3)
あるいは、さらに
2FeO+2H→ 6FeO+2HO ……(4)
が生じ、発生した水素ガスが消費されることが推定される。このため、得られる水素ガス量が減少することになる。なお、発生した水の一部は再度、水素ガスの発生に寄与する可能性はあるが、すべての発生した水が水素ガス発生に利用されることはない。
As described above, the coexistence of the material containing FeOOH and the “material containing Fe” promotes the reaction of generating hydrogen gas. However, the reaction in which the generated Fe 2 O 3 is reduced by the generated hydrogen gas, that is, the following formula
3Fe 2 O 3 + H 2 → 2Fe 3 O 4 + H 2 O (3)
Or even
2Fe 3 O 4 + 2H 2 → 6FeO + 2H 2 O (4)
It is estimated that the generated hydrogen gas is consumed. For this reason, the amount of hydrogen gas obtained will decrease. Although some of the generated water may contribute again to the generation of hydrogen gas, all the generated water is not used for hydrogen gas generation.

このようなことから、「Feを含む材料」とFeOOHを含む素材とを混ぜ合わせて配置すると、発生した水素ガスが、FeOが密に存在する領域を通過することになり、上記した(3)の反応、さらには(4)の反応が生起して、得られる水素ガス量が少なくなる。このため、本発明では、「Feを含む材料」とFeOOHを含む素材とは、好ましくは別々の容器に入れて、好ましくはFeOOHを含む素材が入った容器の雰囲気ガス流の下流側に配置することが好ましい。 For this reason, when the “material containing Fe” and the material containing FeOOH are mixed and arranged, the generated hydrogen gas passes through the region where Fe 2 O 3 is densely present, and is described above. The reaction (3) and further the reaction (4) occur, and the amount of hydrogen gas obtained is reduced. For this reason, in the present invention, the “material containing Fe” and the material containing FeOOH are preferably placed in separate containers and preferably arranged downstream of the atmospheric gas flow in the container containing the material containing FeOOH. It is preferable.

また、本発明では、上記したように、FeOOHを含む素材に、FeOOHがFeOに変化する処理を、「Feを含む材料」を共存させて施し、水素ガスを発生させたのちに、前記FeOをFeOOHに変化させる錆処理を施し、ついで該錆処理で生成されたFeOOHがFeOに変化する処理を、「Feを含む材料」の共存下で施し、水素ガスを発生させる工程とすることが好ましい。このような工程を複数回施すことがより好ましい。 Further, in the present invention, as described above, after the material containing FeOOH is subjected to the treatment of changing FeOOH to Fe 2 O 3 in the presence of the “material containing Fe” and hydrogen gas is generated, A rust treatment is performed to change the Fe 2 O 3 to FeOOH, and then a treatment in which the FeOOH generated by the rust treatment is changed to Fe 2 O 3 is performed in the coexistence of the “material containing Fe”, It is preferable to set it as the process to generate. It is more preferable to perform such a process several times.

ここでいう「錆処理」とは、FeOをFeOOHに変化させる処理を意味し、水素ガスを発生させた残渣であるFeOを、再び錆させFeOOHに変化させる処理をいう。錆処理の条件は、FeOをFeOOHに変化させることができる処理であればよく、とくに限定されないが、手軽な方法として、例えばまず、室温大気雰囲気中で、空気に触れさせながら水をかける方法、あるいは水噴霧する方法が挙げられる。また湿度:50%以上の湿潤雰囲気中、好ましくは100℃以下の温度域で、素材の重量、体積、表面積により適正範囲が異なるが、30min以上保持する処理とすることが好ましい。100℃を超える温度では、水素の発生が顕著となり、FeOOHがFeOと変化し、FeOOHの形成ができなくなる。 Here, “rust treatment” means treatment for changing Fe 2 O 3 to FeOOH, and means treatment for changing Fe 2 O 3 , which is a residue from which hydrogen gas has been generated, to rust again and changing to FeOOH. The conditions of the rust treatment are not particularly limited as long as the treatment can change Fe 2 O 3 to FeOOH. However, as an easy method, for example, first, water is allowed to come into contact with air in a room temperature air atmosphere. The method of applying or the method of spraying with water is mentioned. Further, in a humid atmosphere with a humidity of 50% or more, preferably in a temperature range of 100 ° C. or less, an appropriate range varies depending on the weight, volume, and surface area of the material, but a treatment for holding for 30 minutes or more is preferable. When the temperature exceeds 100 ° C., hydrogen generation becomes remarkable, FeOOH changes to Fe 2 O 3, and FeOOH cannot be formed.

上記したような錆処理を施して、水素ガスを発生させた残渣であるFeOをFeOOHに変化させる。そして、得られたFeOOHに、さらにFeOに変化する処理を「Feを含む材料」の共存下で、FeOOHをFeOに変化させる処理を施せば、さらに多量の水素ガスを発生させることができる。このような工程を複数回繰り返せば、同一素材量当りの水素ガスの収量を増加させることができることになる。 The rust treatment as described above is performed to change Fe 2 O 3 , which is a residue that generates hydrogen gas, to FeOOH. Then, the resulting FeOOH, a process of further changes to Fe 2 O 3 in the presence of "material containing Fe", if Hodokose the process of changing the FeOOH to Fe 2 O 3, further generates a large amount of hydrogen gas Can be made. If such a process is repeated a plurality of times, the yield of hydrogen gas per amount of the same material can be increased.

なお、上記したような工程を複数回繰り返す場合には、FeOOHを含む素材と共存させる「Feを含む材料」は、FeOOHを含む素材と混ぜ合わせて配置しないかぎり、複数回繰り返し使用することは可能である。なお、素材と共存させる「Feを含む材料」は、錆処理を行わないことはいうまでもない。また、「Feを含む材料」は表面積が大きいほうが有利であることはいうまでもない。   If the above-mentioned process is repeated multiple times, the "material containing Fe" coexisting with the material containing FeOOH can be used multiple times unless mixed with the material containing FeOOH. It is. Needless to say, the “material containing Fe” that coexists with the material does not undergo rust treatment. Needless to say, the “material containing Fe” has a larger surface area.

以下、さらに実施例に基づき、本発明について説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples.

(実施例1)
鉄錆FeOOHの試薬(粉末)を、半円柱状でボード状の容器(石英ガラス製)に0.25g(容器すり切り一杯)入れて、ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速のもとで、室温から600℃まで、加熱速度:200℃/hで加熱する加熱処理を施し、試験No.1(比較例)とし、基準とした。
Example 1
0.25g of iron rust FeOOH reagent (powder) in a semi-cylindrical, board-like container (made of quartz glass) (filled with a container), and pure argon gas was controlled with a mass flow meter in gas chromatography. Under a flow rate, heat treatment was performed by heating from room temperature to 600 ° C. at a heating rate of 200 ° C./h, and it was set as test No. 1 (comparative example), which was a standard.

また、鉄錆FeOの試薬(粉末)を、同様に、半円柱状でボード状の容器(石英ガラス製)に0.31g入れて、同様に加熱処理を施し、試験No.2(比較例)とした。なお、加熱処理終了後の材料を素材として、さらに試験No.2と同様の加熱処理を施し、試験No.2A(比較例)とした。 Similarly, 0.31 g of iron rust Fe 2 O 3 reagent (powder) is put in a semi-cylindrical board-like container (made of quartz glass), and heat-treated in the same manner, and test No. 2 (comparison) Example). The material after the heat treatment was used as a raw material, and the same heat treatment as in Test No. 2 was performed to obtain Test No. 2A (Comparative Example).

また、ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速のもとで、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)0.19〜0.31gを入れた半円柱状でボード状の容器(石英ガラス製)と、該容器の雰囲気ガスの下流側に、「Feを含む材料」として、フリーのFe換算(質量)で、0.03〜15.87gの範囲で変化させた冷延鋼板(板厚:0.8mm)を配置し、室温から600℃(一部800℃)まで、加熱速度:200℃/hで加熱する加熱処理を施し、試験No.3〜9とした。なお、共存して配置される「Feを含む材料」中のフリーFe量(フリーのFe換算質量)と、素材に含まれるFeOOH量(質量)との質量比(=(フリーFe量(質量))/FeOOH量(質量))を算出して表3に併記した。   In addition, a semi-cylindrical, board-like container (quartz glass) containing 0.19 to 0.31 g of iron rust FeOOH reagent (powder) in a gas chromatograph at a constant flow rate with pure argon gas controlled by a mass flow meter. ) And a cold-rolled steel sheet (sheet thickness: 0.8 mm) that is changed in the range of 0.03 to 15.87 g in terms of free Fe (mass) as “Fe-containing material” on the downstream side of the atmospheric gas of the container ), And heat treatment was performed by heating from room temperature to 600 ° C. (partially 800 ° C.) at a heating rate of 200 ° C./h to obtain Test Nos. 3 to 9. In addition, the mass ratio (= (free Fe amount (mass)) of the amount of free Fe (free Fe equivalent mass) in the “materials containing Fe” coexisting with the FeOOH amount (mass) contained in the material ) / FeOOH amount (mass)) was calculated and shown in Table 3.

なお、試験No.8(本発明例)は、「Feを含む材料」としての冷延鋼板を、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)と接触させた状態で配置し、同様に加熱処理を施した。また、試験No.9(本発明例)は、冷延鋼板を鉄錆FeOOHの試薬(粉末)を入れた半円柱状でボード状の容器を覆うように配置し、同様に加熱処理を施した。   In test No. 8 (example of the present invention), a cold-rolled steel sheet as a “material containing Fe” was placed in contact with a reagent (powder) of iron rust FeOOH, and was similarly heat-treated. . In test No. 9 (example of the present invention), a cold-rolled steel sheet was placed so as to cover a semi-cylindrical board-like container containing a reagent (powder) of iron rust FeOOH, and was similarly heat-treated. .

また、ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速のもとで、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)を入れた半円柱状でボード状の容器(石英ガラス製)と、該容器の雰囲気ガスの下流側に、冷延鋼板に代えて、鉄錆FeOの試薬(純度:99%以上;粉末)を入れた半円柱状でボード状の容器(石英ガラス製)を配置し、同様に加熱処理を施し、試験No.10(比較例)とした。なお、鉄錆FeOは、Feは酸素Oに固定されており、本発明でいう「Feを含む材料」に該当しない。 In addition, a semi-cylindrical board-shaped container (made of quartz glass) containing a reagent (powder) of iron rust FeOOH under a constant flow rate controlled with a mass flow meter in pure gas in a gas chromatography, A semi-cylindrical board-like container (made of quartz glass) containing an iron-rust Fe 2 O 3 reagent (purity: 99% or more; powder) instead of cold-rolled steel sheet on the downstream side of the atmospheric gas of the container And heat-treated in the same manner as test No. 10 (comparative example). Note that the iron rust Fe 2 O 3 is fixed to oxygen O and does not correspond to the “material containing Fe” in the present invention.

また、FeOOHを含む素材として、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)に代えて、冷延鋼板に乾湿を繰り返す処理を施し表面に錆(FeOOH)を形成させた鋼板をFeOOHを含む素材として使用し、その下流側にほぼ同じ質量の冷延鋼板(「Feを含む材料」)を共存させて配置し、同様の加熱処理を施し、試験No.12(本発明例)とした。なお、「Feを含む材料」を配置しないで、同様の加熱処理を施し、試験No.11(比較例)とした。   In addition, as a material containing FeOOH, instead of the iron rust FeOOH reagent (powder), a cold rolled steel sheet is used as a material containing FeOOH, which has been subjected to repeated wet and dry treatment to form rust (FeOOH) on the surface. A cold-rolled steel plate (“Fe-containing material”) having substantially the same mass was coexisting on the downstream side, and the same heat treatment was performed to obtain Test No. 12 (Example of the present invention). In addition, the same heat treatment was performed without arranging the “material containing Fe”, and Test No. 11 (Comparative Example) was obtained.

いずれも、加熱処理を施しながら、2.5min間隔でガスクロマトグラフィーを用いて、各試験で発生する水素量を分析し、温度−水素発生速度スペクトルを求め、発生水素量をそれぞれ算出した。発生水素量は、水素発生速度を、時間単位で積分することにより、求めた。なお、ガスクロ検出器は、TCD(Thermo−Conductivity−Detector)を用いた。   In any case, the amount of hydrogen generated in each test was analyzed using gas chromatography at 2.5 min intervals while heat treatment was performed, the temperature-hydrogen generation rate spectrum was obtained, and the amount of generated hydrogen was calculated. The amount of hydrogen generated was determined by integrating the hydrogen generation rate in time units. The gas chromatography detector used was TCD (Thermo-Conductivity-Detector).

得られた発生水素ガスの合計量(積分値)を、加熱処理前の鉄錆FeOOH(素材)の質量ppm当りの発生量(発生水素量の合計質量(質量ppm))として表3に示す。なお、発生した水素ガスの合計量(積分値)は、150〜500℃の温度領域とした。なお、500℃超えの領域でも水素ガスの発生が見られる場合にはRT〜800℃(一部はRT〜600℃)の全温度領域についても算出した。   The total amount (integrated value) of the obtained hydrogen gas is shown in Table 3 as the amount of iron rust FeOOH (material) before heat treatment per mass ppm (total mass of generated hydrogen (mass ppm)). The total amount (integrated value) of the generated hydrogen gas was in the temperature range of 150 to 500 ° C. In addition, when generation | occurrence | production of hydrogen gas was seen also in the area | region over 500 degreeC, it computed also about the whole temperature area | region of RT-800 degreeC (some RT-600 degreeC).

そして、150〜500℃の温度領域で得られた発生水素ガスの合計量から、試験No.1の発生水素ガス合計量を基準として、発生水素ガス量の増加比率(=(FeOOH(素材)の質量ppm当りの発生水素量(質量ppm)/(試験No.1のFeOOH(素材)の質量ppm当りの発生水素量(質量ppm)))を算出した。   And, from the total amount of generated hydrogen gas obtained in the temperature range of 150-500 ° C, the increase rate of the generated hydrogen gas amount (= (FeOOH (raw material) The amount of generated hydrogen per mass ppm (mass ppm) / (the amount of generated hydrogen per mass ppm of FeOOH (material) of test No. 1 (mass ppm)) was calculated.

なお、試験No.11、No.12では、素材における加熱処理前の正確な鉄錆FeOOH量が不明であったので、発生水素ガスの合計量は、素材全量の質量ppm当りの発生量(発生水素量の合計質量(質量ppm))として表3に示す。そのため、試験No.12における発生水素量の増加比率は、試験No.11の発生水素量を基準とした比率とした。   In tests No.11 and No.12, the exact amount of iron rust FeOOH before heat treatment in the material was unknown, so the total amount of generated hydrogen gas was the amount generated per mass ppm of the total material (generated The total amount of hydrogen (mass ppm) is shown in Table 3. Therefore, the increase rate of the generated hydrogen amount in Test No. 12 was set based on the generated hydrogen amount in Test No. 11.

Figure 0006330715
Figure 0006330715

本発明例はいずれも、基準とした試験No.1における水素ガス発生量に比べて、1.3倍以上と多い水素ガス発生量を示しており、FeOOHを含む素材とともに、「Feを含む材料」を共存させることにより、水素ガスの発生が顕著に促進されていることがわかる。   Each of the examples of the present invention shows a hydrogen gas generation amount that is 1.3 times or more higher than the hydrogen gas generation amount in the test No. 1 as a reference, and together with the material containing FeOOH, “material containing Fe” It can be seen that by coexisting, generation of hydrogen gas is remarkably promoted.

なお、FeOOHを含む素材と共存させる「Feを含む材料」の量が、フリーのFe換算(質量)で、素材に含まれるFeOOH量(質量)の0.13で、「Feを含む材料」量が本発明範囲を外れる試験No.7(比較例)では、水素ガス発生量が基準である試験No.1における水素ガス発生量の1.1倍程度であり、水素ガス発生が著しく促進されているとはいいにくい。   The amount of “material containing Fe” coexisting with the material containing FeOOH is 0.13 of the amount (mass) of FeOOH contained in the material in terms of free Fe (mass), and the amount of “material containing Fe” is this amount. In test No. 7 (comparative example) that is outside the scope of the invention, the hydrogen gas generation rate is about 1.1 times the hydrogen gas generation rate in test No. 1, which is the standard, and it is said that hydrogen gas generation is significantly accelerated. Hateful.

また、FeOOHを含む素材と「Feを含む材料」である冷延鋼板とを接触させて共存させた場合(試験No.8)には、水素ガス発生量が基準である試験No.1における水素ガス発生量の1.3倍であり、接触させない場合(試験No.3)の1.7倍と比べて、水素ガス発生量が減少している。   In addition, when a material containing FeOOH and a cold-rolled steel sheet that is a “material containing Fe” are brought into contact with each other (test No. 8), hydrogen in test No. 1 where the amount of hydrogen gas generated is the standard. The amount of generated hydrogen gas is 1.3 times the amount of gas generated, and compared with 1.7 times of the case of no contact (test No. 3).

また、試験No.10(比較例)では、「Feを含む材料」に代えて、鉄錆FeOをFeOOHを含む素材と共存させているが、基準とした試験No.1と同様の水素ガス発生量であった。これは、FeOOHを含む素材を加熱することにより、試験No.1と同様に水素ガスが発生するが、鉄錆FeOが水素ガス発生の促進作用を有しないため、試験No.1と同様の水素ガス発生量に留まったものと考えられる。 In test No. 10 (comparative example), iron rust Fe 2 O 3 coexists with a material containing FeOOH instead of “material containing Fe”, but the same as test No. 1 as a reference. The amount of hydrogen gas generated. This is because, by heating a material containing FeOOH, hydrogen gas is generated in the same manner as in test No. 1, but iron rust Fe 2 O 3 does not have an action of promoting hydrogen gas generation. It is thought that the amount of hydrogen gas generated was similar.

また、素材として、鉄錆FeOOH(粉末)に代えて、錆FeOOH付き鋼板を用いても、素材と共存して「Feを含む材料」(冷延鋼板)を配置して加熱処理を施す(試験No.12)と、「Feを含む材料」(冷延鋼板)を配置しない場合(試験No.11)に比して、1.4倍の水素ガス発生が認められた。   In addition, instead of iron rust FeOOH (powder) as the material, a steel plate with rust FeOOH is used, and a heat treatment is performed by placing “materials containing Fe” (cold rolled steel plate) together with the material (test No. 12) and 1.4 times as much hydrogen gas generation were observed as compared with the case where “Fe-containing material” (cold rolled steel sheet) was not disposed (Test No. 11).

なお、試験No.2aでは、加熱温度-水素発生速度の関係図がほとんど平坦であり、水素ガスの発生はわずかであった。というのは、加熱処理終了後の材料を素材として使用したため、水素発生源であるFeOOHがほとんど残存していないことによると考えられる。
(実施例2)
ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速のもとで、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)0.26〜0.31gを入れた半円柱状でボード状の容器(石英ガラス製)と、該容器の雰囲気ガスの下流側に、重量を0.90〜0.25gの範囲で変化させたステンレス鋼製ワイヤウール(線径:0.3〜0.5mmφ)を配置し、実施例1と同様に、室温から600℃(一部800℃)まで、加熱速度:200℃/hで加熱する加熱処理を施し、試験No.21(参考例)とした。また、「Feを含む材料」としてのステンレス鋼製ワイヤウールを、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)と接触させた状態で配置し、同様に加熱処理を施し、試験No.22(参考例)とした。
In Test No. 2a, the relationship between the heating temperature and the hydrogen generation rate was almost flat, and the generation of hydrogen gas was slight. This is probably because FeOOH, which is a hydrogen generation source, hardly remains because the material after heat treatment was used as a raw material.
(Example 2)
A semi-cylindrical board-like container (made of quartz glass) containing 0.26-0.31 g of iron rust FeOOH reagent (powder) at a constant flow rate controlled by a mass flow meter with pure argon gas in gas chromatography And a stainless steel wire wool (wire diameter: 0.3 to 0.5 mmφ) having a weight changed in the range of 0.90 to 0.25 g is disposed on the downstream side of the atmospheric gas in the container. From No. to 600 ° C. (partially 800 ° C.), a heat treatment was performed at a heating rate of 200 ° C./h to obtain Test No. 21 ( Reference Example). In addition, a stainless steel wire wool as a “material containing Fe” was placed in contact with the iron rust FeOOH reagent (powder) and heat-treated in the same manner as in test No. 22 ( reference example). did.

なお、比較として、「Feを含む材料」であるステンレス鋼製ワイヤウールのみを配置して、同様の加熱処理を行い、試験No.23(比較例)とした。   For comparison, only stainless steel wire wool, which is a “material containing Fe”, was placed and subjected to the same heat treatment to obtain Test No. 23 (Comparative Example).

なお、いずれも、実施例1と同様に、加熱処理を施しながら、2.5min間隔でガスクロマトグラフィーを用いて、発生する水素量を分析し、温度−水素発生速度スペクトルを求め、発生水素量をそれぞれ算出した。発生水素量は、水素発生速度を、時間単位で積分することにより、求めた。なお、ガスクロ検出器は、TCD(Thermo−Conductivity−Detector)を用いた。   In any case, in the same manner as in Example 1, the amount of generated hydrogen was analyzed using gas chromatography at 2.5 min intervals while performing heat treatment, and a temperature-hydrogen generation rate spectrum was obtained. Each was calculated. The amount of hydrogen generated was determined by integrating the hydrogen generation rate in time units. The gas chromatography detector used was TCD (Thermo-Conductivity-Detector).

得られた発生水素ガスの合計量(積分値)を、加熱処理前の鉄錆FeOOH(素材)の質量ppm当りの発生量(発生水素量の合計質量(質量ppm))として表4に示す。   The total amount (integrated value) of the generated hydrogen gas obtained is shown in Table 4 as the amount of iron rust FeOOH (raw material) before heat treatment per mass ppm (total mass of generated hydrogen (mass ppm)).

なお、発生した水素ガスの合計量(積分値)は、150〜500℃(一部〜430℃)の温度領域で算出した。なお、500℃(一部430℃)超えの領域でも水素ガスの発生が見られる場合にはRT〜800℃の全温度領域についても算出した。   The total amount (integrated value) of the generated hydrogen gas was calculated in the temperature range of 150 to 500 ° C. (partially to 430 ° C.). In addition, when generation | occurrence | production of hydrogen gas was seen also in the area | region over 500 degreeC (some 430 degreeC), it calculated also about RT-800 degreeC whole temperature range.

そして、150〜500℃の温度領域で得られた各試験No.の発生水素ガスの合計量から、実施例1で得られた試験No.1の発生水素ガス合計量を基準として、発生水素ガス量の増加比率(=(FeOOH(素材)の質量ppm当りの発生水素量(質量ppm)/(試験No.1のFeOOH(素材)の質量ppm当りの発生水素量(質量ppm)))を算出した。   Then, from the total amount of generated hydrogen gas of each test No. obtained in the temperature range of 150 to 500 ° C., the generated hydrogen gas based on the total amount of generated hydrogen gas of Test No. 1 obtained in Example 1 is used as a reference. The rate of increase in the amount (= (the amount of hydrogen generated per mass ppm of FeOOH (material) (mass ppm) / (the amount of hydrogen generated per mass ppm of FeOOH (material) of test No. 1) (mass ppm))) did.

Figure 0006330715
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参考例はいずれも、基準である試験No.1における水素ガス発生量に比べて1.5倍以上高い水素ガス発生量を示しており、FeOOHを含む素材とともに、ステンレス鋼製ワイヤウールを共存させることにより、水素ガスの発生が顕著に促進されていることがわかる。ステンレス鋼製ワイヤウールの表面には不動態皮膜が形成されているが、この程度の皮膜厚さの不動態皮膜では、水素ガスの発生反応の促進を阻害する悪影響を及ぼさないことがわかる。ステンレス鋼製ワイヤウールは本発明でいう「Feを含む材料」に該当する。なお、「Feを含む材料」であるステンレス鋼製ワイヤウールのみを配置して、同様の加熱処理を行った試験No.23では、水素ガスはほとんど発生しなかった。
(実施例3)
ガスクロマトグラフィー内で、純アルゴンガスをマスフローメータで制御した一定流速のもとで、鉄錆FeOOHの試薬(粉末)を0.25g入れた、半円柱状でボード状の容器(石英ガラス製)と、該容器の雰囲気ガス流の下流側に、アトマイズ鉄粉(質量:3.25g)を入れたボード状の石英ガラス製容器を配置して、室温から400℃まで、加熱速度:200℃/hで加熱し、400℃で2h保持する加熱処理を施し、FeOOHをFeOに変化させ、水素ガスを発生させた。
All of the reference examples show a hydrogen gas generation rate that is 1.5 times higher than the hydrogen gas generation rate in the standard test No. 1, and together with a material containing FeOOH, stainless steel wire wool coexists. It can be seen that the generation of hydrogen gas is remarkably promoted. A passive film is formed on the surface of the stainless steel wire wool, but it can be seen that a passive film having such a film thickness does not adversely affect the acceleration of the hydrogen gas generation reaction. Stainless steel wire wool corresponds to the “material containing Fe” in the present invention. Note that in test No. 23 in which only the stainless steel wire wool as the “material containing Fe” was placed and subjected to the same heat treatment, hydrogen gas was hardly generated.
(Example 3)
A semi-cylindrical, board-like container (made of quartz glass) containing 0.25 g of iron rust FeOOH reagent (powder) at a constant flow rate controlled by a mass flow meter with pure argon gas in gas chromatography A board-like quartz glass container containing atomized iron powder (mass: 3.25 g) is placed downstream of the atmospheric gas flow of the container, and the heating rate is 200 ° C./h from room temperature to 400 ° C. Heating was performed, and heat treatment was performed for 2 hours at 400 ° C., and FeOOH was changed to Fe 2 O 3 to generate hydrogen gas.

なお、実施例1と同様に、加熱処理を施しながら、2.5min間隔でガスクロマトグラフィーを用いて、放出される水素量を分析し、放出水素量を算出した。この処理による放出水素量は合計で21質量ppmであった。   In the same manner as in Example 1, the amount of released hydrogen was analyzed using gas chromatography at 2.5 minute intervals while performing the heat treatment, and the amount of released hydrogen was calculated. The total amount of hydrogen released by this treatment was 21 ppm by mass.

ついで、水素を発生させた残渣(FeO)をRT〜50℃の温度域で、湿度:50〜100%に保持した雰囲気中で8h以上保持し、錆を発生させる錆処理を施し、FeOOHを生成させた。 Next, the residue (Fe 2 O 3 ) from which hydrogen is generated is held for 8 hours or more in an atmosphere maintained at a humidity of 50 to 100% in a temperature range of RT to 50 ° C., and subjected to rust treatment to generate rust, FeOOH was generated.

得られたFeOOHを、新しいアトマイズ鉄粉(質量:3.11g)とともに、ガスクロマトグラフィー内で純アルゴン雰囲気中で、さらに加熱速度:200/hで、温度:400℃まで加熱し、400℃で2h保持する加熱処理を施し、水素を放出させた。ガスクロマトグラフィーを用いて、同様に、発生水素量を測定した。この処理による発生水素量は合計で16.3質量ppmであった。   The obtained FeOOH was heated together with new atomized iron powder (mass: 3.11 g) in a gas chromatography in pure argon atmosphere, further at a heating rate of 200 / h, to a temperature of 400 ° C, and at 400 ° C for 2 hours. The holding heat treatment was performed to release hydrogen. Similarly, the amount of generated hydrogen was measured using gas chromatography. The total amount of hydrogen generated by this treatment was 16.3 ppm by mass.

上記した各処理を順次行う工程を、第1回目の工程とし、さらに第2回目として、同じ工程を繰り返し、同様に、放出水素量を測定した。この第2回目の工程で、放出された水素量は合計で37.3質量ppmであった。錆処理を行うことにより、繰り返し水素を発生させることができることがわかる。   The process of sequentially performing each of the above treatments was the first process, and the second process was repeated, and the amount of released hydrogen was measured in the same manner. In the second step, the amount of hydrogen released was 37.3 mass ppm in total. It can be seen that hydrogen can be repeatedly generated by performing the rust treatment.

Claims (5)

FeOOHを含む素材に、前記FeOOHがFeOに変化する処理を施し、水素ガスを発生させるに当たり、前記素材とFeを含む材料とを共存させ、かつ該Feを含む材料が、前記素材に含まれるFeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置して、非酸化性雰囲気中で100〜600℃の範囲の温度に加熱することによって前記FeOOHがFeOに変化する処理を施すことを特徴とする水素ガス生成方法。 The material containing FeOOH is subjected to a treatment in which the FeOOH is changed to Fe 2 O 3 to generate hydrogen gas. The material and the material containing Fe are allowed to coexist and the material containing Fe is added to the material. by mass ratio of FeOOH amount contained, and arranged to be free of Fe converted at least 0.5, the FeOOH by heating to a temperature in the range of 100 to 600 ° C. in a non-oxidizing atmosphere Fe 2 O 3 A process for generating hydrogen gas, characterized by performing a process that changes to FeOOHを含む素材とFeを含む材料とを共存させ、かつ該Feを含む材料が、前記素材に含まれるFeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置して、非酸化性雰囲気中で100〜600℃の範囲の温度に加熱することによって前記FeOOHがFeOに変化する処理を施し、水素ガスを発生させたのちに、前記FeOをFeOOHに変化させる錆処理を施し、ついで該錆処理を施されて生成した該FeOOHがFeOに変化する処理を、前記錆処理を施されて生成した前記FeOOHとFeを含む材料とを共存させ、かつ、前記Feを含む材料が、前記錆処理を施されて生成した前記FeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で0.5以上となるように配置して施し、水素ガスを発生させる工程を、複数回繰返すことを特徴とする水素ガス生成方法。 FeOOH coexist and materials including materials and Fe containing and material comprising the Fe is by mass ratio of FeOOH amount contained in the material, arranged so as to be 0.5 or more free Fe terms non The FeOOH is changed to Fe 2 O 3 by heating to a temperature in the range of 100 to 600 ° C. in an oxidizing atmosphere to generate hydrogen gas, and then the Fe 2 O 3 is changed to FeOOH. A process of changing the FeOOH produced by the rust treatment to Fe 2 O 3 by coexisting the FeOOH produced by the rust treatment and a material containing Fe, And, the material containing the Fe is a mass ratio with respect to the amount of the FeOOH generated by the rust treatment, and is disposed and applied so as to be 0.5 or more in terms of free Fe, thereby generating hydrogen gas, A hydrogen gas generation method characterized by being repeated a plurality of times. 前記共存させる前記Feを含む材料が、前記FeOOH量に対する質量比で、フリーのFe換算で1.0以上となるように配置することを特徴とする請求項1または2に記載の水素ガス生成方法。   The hydrogen gas generation method according to claim 1 or 2, wherein the co-existing Fe-containing material is arranged so that the mass ratio with respect to the FeOOH amount is 1.0 or more in terms of free Fe. 前記共存させる前記Feを含む材料の形態が、板状、粉末状、チップ状、線状のいずれかであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の水素ガス生成方法。   4. The method for generating hydrogen gas according to claim 1, wherein the co-existing Fe-containing material is in a plate shape, a powder shape, a chip shape, or a linear shape. 前記FeOOHを含む素材が、FeOOHを含む鉄系材料であることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の水素ガス生成方法。 The method for producing hydrogen gas according to any one of claims 1 to 4 , wherein the material containing FeOOH is an iron-based material containing FeOOH.
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