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一般焼却灰を原料とするプロトン伝導性材料及びその製造方法。 UPDATE コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P07P005586
整理番号 05113
掲載日 2008年2月1日
出願番号 特願2006-185160
公開番号 特開2008-016273
登録番号 特許第5034038号
出願日 平成18年7月5日(2006.7.5)
公開日 平成20年1月24日(2008.1.24)
登録日 平成24年7月13日(2012.7.13)
発明者
  • 福井 国博
  • 吉田 英人
出願人
  • 国立大学法人広島大学
発明の名称 一般焼却灰を原料とするプロトン伝導性材料及びその製造方法。 UPDATE コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】一般焼却灰を原料とするプロトン伝導性材料と、その製造法を提供すること。
【解決手段】一般焼却灰はカルシウムCaを主成分とする金属の混合物である。これに、含有する金属をリン酸塩にするに要する理論量の0.5~2.5倍量のリン酸を加え、800℃以上の温度で熱処理をしてガラス化する。得られた金属リン酸塩ガラスを微粉末とし、水を加えて恒温恒湿に保持してハイドロゲル化する。このゲルを、さらに水蒸気に暴露して結晶化させて、リン酸カルシウムを主成分とする金属リン酸塩ハイドロゲルの結晶を得る。これが課題の伝導性材料である。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


本発明は一般焼却灰の新たなリサイクルの手段を提供すると共に、水素を燃料とする燃料電池や電解式オゾン水製造装置用として安価なプロトン伝導性材料を提供し、特に燃料電池の普及促進に貢献するものである。非特許文献1に拠れば、わが国の一般廃棄物の排出量は、平成15年度では5,160万トンであり、ほぼ横ばいである。排出量の約90%は中間処理に回される。その中間処理の80%弱は直接焼却であり、その結果として650万トン以上の焼却灰(前記のように一般廃棄物を焼却処理した結果排出された焼却灰を以後一般焼却灰と呼ぶ)が排出する。そして、この一般焼却灰が最終処分量の約80%を占めている。近年、リサイクルの促進により徐々に一般焼却灰の排出量が減少しているとは言え、上記の構図に大きな変化はない。年々最終処分場の確保が難しくなっている現状において、この一般焼却灰処分の負担は非常に大きく、それを減らすことは急務である。



一般焼却灰の一部は、既にセメントの原料として再利用されているが、セメント原料としては既に高炉スラグ、石炭灰、副産石膏、汚泥・スラッジその他多くの廃棄物が使用されている上、セメント自体の需要はむしろ減少傾向にあることから、これ以上多くは望めない。他に、一般焼却灰をゼオライトやトバモライトの原料として利用する研究がされているが、未だ研究段階である上、付加価値としては高くはない。従って、もっと付加価値が高く有効な再利用の方法の開発が望まれているのが現状である。



一方、一般焼却灰はカルシウム(以下Caと表す)を主成分とする金属類の混合物であることから、本発明の発明者等は、これを原料とするプロトン伝導性材料の合成の可能性に着目した。



特許文献1には、プロトン伝導性材料に関する従来の技術とその問題点ついて詳しく述べられている。即ち、室温付近で高い電導性を示すプロトン伝導性材料として、ウラニル酸水和物やモリブド酸水和物の無機結晶系プロトン伝導体や、フッ化ビニル系高分子にパースルホン酸基を含む側鎖を有する高分子イオン交換膜等の有機系プロトン伝導材、さらにケイ酸塩を主成分としリン酸が少量添加されたゾル-ゲル多孔質ガラスなどが知られている。



さらに、特許文献1によれば、上記の無機結晶系プロトン伝導体は結晶が微小な固体であることから薄肉化及び大型化され難く燃料電池には不向きである。また、有機系プロトン伝導体やゾル-ゲル多孔質ガラスは、高い電導性を維持するために周囲の水蒸気圧を飽和状態に近く維持する必要があり、そのためにこれらを燃料電池用の電解質として使用する場合、燃料電池に加湿器が必須となってシステムが大型化するなどの問題がある。これは実用化の大きな障害となっている。さらに、高分子イオン交換膜やゾル-ゲル多孔質ガラスを燃料電池の電解質として使用する場合、材料に存在する微小な孔が、水素を供給するためのメタノール自体を透過してしまう現象(クロスオーバー現象)を生じ発電効率が悪化し易いことも知られている。



特許文献1ではこれらの問題点を解決するする手段として、二価の金属のリン酸塩ハイドロゲルをプロトン伝導性材料とすることを提唱している。



しかし、焼却灰を原料としたリン酸塩ハイドロゲルによるプロトン伝導性材料に関する研究は報告されていない。
【非特許文献1】
環境省大臣官房廃棄物リサイクル対策部廃棄物対策課 : 日本の廃棄物処理 平成 15 年度版(2005)
【特許文献1】
特開2003-217339号公報

産業上の利用分野


本発明は、一般焼却灰を原料とするプロトン伝導性材料及びその製造方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
主成分としてカルシウムを含有する一般焼却灰リン酸とを混合した混合物を加熱してリン酸カルシウムガラスを主成分とする金属リン酸塩ガラスを生成し、
前記金属リン酸塩ガラスに水を加えてゲル化させ、リン酸カルシウムハイドロゲルを主成分とするプロトン伝導性材料を得ることを特徴とするプロトン伝導性材料の製造方法。

【請求項2】
前記混合物を800℃以上で加熱することを特徴とする請求項1に記載したプロトン伝導性材料の製造方法。

【請求項3】
前記金属リン酸塩ガラスを粉砕して得られたリン酸塩ガラス粉末に水を加え、加温してゲル化させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載したプロトン伝導性材料の製造方法。

【請求項4】
得られた前記プロトン伝導性材料を更に水蒸気に暴露して結晶化させることを特徴とする、請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載したプロトン伝導性材料の製造方法。

【請求項5】
請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載したプロトン伝導性材料の製造方法により製造されることを特徴とする、リン酸カルシウムを主成分とするプロトン伝導性材料。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006185160thum.jpg
出願権利状態 登録


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