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炭酸ガスを原料とするダイヤモンドの製造法 NEW コモンズ

国内特許コード P160013506
整理番号 DP1673
掲載日 2016年11月25日
出願番号 特願2014-226004
公開番号 特開2016-089230
出願日 平成26年11月6日(2014.11.6)
公開日 平成28年5月23日(2016.5.23)
発明者
  • 後藤 琢也
  • 武田 翼
  • 坂中 佳秀
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 炭酸ガスを原料とするダイヤモンドの製造法 NEW コモンズ
発明の概要 【課題】COの分解と同時に、COを原料とした高付加価値の炭素材料の製造が可能な方法を提供する。
【解決手段】CO雰囲気中において、複数種類のアルカリ金属ハライドの混合溶融塩、または複数種類のアルカリ土類金属ハライドの混合溶融塩、または少なくとも1種類のアルカリ金属ハライドと少なくとも1種類のアルカリ土類金属ハライドの混合溶融塩2中にアノード4およびカソード3の対を配置し、カソード側に混合溶融塩のカチオンを析出させないようにカソード電圧を制御しつつ電気分解を行い、カソード側において、(1)CO+4e→C+2O2-、で示される反応を生じさせる一方、アノード側においては、(2)2O2-→O+4e、で示される反応を生じさせ、カソードの表面にダイヤモンドを析出させる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


近年、地球温暖化に起因して世界各地でしばしば異常気象が発生するようになり、人類の産業活動等に伴って排出される温室効果ガス、とりわけCOの削減の問題が大きく取り上げられている。
ところで、COを削減するためには、省エネルギー技術の開発、および石油、石炭、天然ガス等の化石燃料に代わる新たなエネルギー源の開発が必要であり、また、大気中に排出されたCOについては、COの回収・分解技術の開発が必要である。



そして後者については、COを分解してCO中の炭素を固定する方法がこれまでにいくつか提案されている。
例えば、特許文献1には、炭酸イオン(CO2-)を含む溶融塩からなる電解浴中に一対の電極を配置し、電解浴中にCOを吹き込むとともに、一対の電極間にCO2-が還元される電圧を印加して通電を行うことにより、COを分解して陰極表面に炭素として固定する方法が記載されている。



この従来法によれば、陽極において、
(a)2O2-→O+4e
で示される反応が生じて、陽極から酸素が発生する一方、陰極では、
(b)CO2-+4e→C+3O2-
で示される反応が生じて、陰極表面上に炭素が析出する。それと同時に、電解槽中において、
(c)CO+O2-→CO2-
で示される反応によりCOから生じた炭酸ガスが、陰極に運ばれ、上記(b)式の反応により炭素と酸化物イオン(O2-)を生成する。そして、炭素は陰極表面に析出して固定化され、O2-は陽極へ運ばれる。



また、特許文献2には、金属塩化物(アルカリ金属塩化物およびアルカリ土類金属塩化物のうちの1種以上)と金属酸化物(アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物のうちの1種以上)の混合物の溶融塩からなる電解浴中に、一対の電極を配置し、これらの電極間に電圧を印加するとともに、電解浴中にCOを通過させることにより、COを分解して陰極表面に炭素として固定する方法が記載されている。



この従来法によれば、一対の電極間に、金属酸化物の分解電圧以上で、かつ金属塩化物の分解電圧以下の電圧が印加され、それによって、溶融塩中の金属酸化物の電離
(d)アルカリ金属(アルカリ土類金属)酸化物→アルカリ金属(アルカリ土類金属)イオン+酸化物イオン(O2-
によって生じたアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンまたはその両方のイオンが、陰極において電子を受け取ってアルカリ金属原子またはアルカリ土類金属原子またはその両方の原子となる。



こうして生成されたアルカリ金属原子およびアルカリ土類金属原子は、いずれも、非常に高い還元能力を有している。そのため、陰極においては、アルカリ金属(アルカリ土類金属)原子がCOを還元して固体炭素が形成される。
(e)アルカリ金属(アルカリ土類金属)原子+CO→C+アルカリ金属(アルカリ土類金属)酸化物
一方、陽極では、酸化物イオン(O2-)から電子が取り除かれて酸素が発生する。
(f)2O2-→O+4e



しかしながら、これらの従来法はいずれも、専らCOを分解し、炭素として固定することを目的としており、そして、従来技術においては、固定炭素の有効利用を図ること、すなわち、COの分解および固定と同時に、高付加価値の炭素材料を製造することは殆ど考えられていない。

産業上の利用分野


本発明は、炭酸ガス(CO)から溶融塩電解を用いてダイヤモンドを製造する方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
CO雰囲気中において、複数種類のアルカリ金属ハライドの混合溶融塩、または複数種類のアルカリ土類金属ハライドの混合溶融塩、または少なくとも1種類のアルカリ金属ハライドと少なくとも1種類のアルカリ土類金属ハライドの混合溶融塩中にアノードおよびカソードの対を配置し、カソード側に前記混合溶融塩のカチオンを析出させないようにカソード電圧を制御しつつ電気分解を行い、カソードにおいて、
(1)CO+4e→C+2O2-
で示される反応を生じさせる一方、アノードにおいては、
(2)2O2-→O+4e
で示される反応を生じさせ、カソードの表面にダイヤモンドを析出させることを特徴とするダイヤモンドの製造法。

【請求項2】
前記混合溶融塩が溶融LiCl-KCl-CaClであることを特徴とする請求項1に記載のダイヤモンドの製造法。

【請求項3】
前記カソードがNiから形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のダイヤモンドの製造法。

【請求項4】
前記アノードがボロンドープダイヤモンドから形成されていることを特徴とする請求項1~請求項3のいずれかに記載のダイヤモンドの製造法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014226004thum.jpg
出願権利状態 公開
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