利用相界面反应的反应生成物制备方法及相界面反应装置、以及二次反应生成物制备方法制造方法及图纸

【课题】提供一种利用相界面反应的反应生成物制备方法及相界面反应装置、以及二次反应生成物制备方法，该相界面反应能够以高效率使等离子体状的物质(臭氧、氮等离子体等)和水等进行反应；【解决方法】本发明专利技术涉及相界面反应装置(10)及利用相界面反应的反应生成物制备方法、以及使用反应生成物制备二次反应生成物的二次反应生成物制备方法，相界面反应装置(10)具备反应容器(11)、向反应容器(11)中供给等离子体状的物质的等离子体供给装置(12)、向反应容器(11)中供给水或水溶液的水/水溶液供给装置(13、19)、以及对反应容器(11)中的等离子体状的物质照射紫外线的紫外线照射装置(14)，并且，在反应容器(11)中，使等离子体状的物质和水或水溶液中所含的溶质在相界面上进行反应。

Method for preparing reaction product using phase interface reaction and phase interface reaction device and method for preparing two reaction product

[Topic] provides a phase interfacial reaction of the reactant and the preparation methods of interfacial reaction device, and the two reaction product preparation method, the interfacial reaction can make the plasma like substance with high efficiency (ozone, nitrogen plasma etc.) and the reaction of water; [method] the invention solves relates to the interfacial reaction device (10) and the two phase reaction interface reaction reactant preparation method, and use the reactant preparation two reaction product preparation method, interfacial reaction device (10) with the reaction vessel (11), to the reaction vessel (11) the plasma supply device supplying plasma like substance (12), to the reaction vessel (11) in the supply of water or aqueous solution of water / water solution supply device (13, 19), and the reaction vessel (11) in the plasma bulk material irradiation An ultraviolet ray irradiation device (14), and in a reaction vessel (11), reacts with a solute contained in a plasma like material and water or aqueous solution at the phase interface.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉引用本申请要求申请日为2014年6月27日、申请号为特愿2014-132690的日本申请的优先权，并将该申请中所记载的内容援引于本说明书中。另外，将本申请中引用的专利、专利申请以及文献中所记载的内容援引于本说明书中。
本专利技术涉及的是利用相界面反应(phasesinterfacereaction)的反应生成物制备方法及相界面反应装置、以及二次反应生成物制备方法，其中，该相界面反应是在等离子体相和与该等离子体相接触的液相的相界面上使反应产生。
技术介绍
在放电空间中使氧分子通过时，利用氧的等离子体化产生臭氧，当对该臭氧作用紫外线时，则生成羟基自由基等。已开发有利用该原理以及羟基自由基等的强氧化性的水净化装置等(参照专利文献1、2)。从臭氧生成羟基自由基是按以下反应式(1)、(2)进行。O3+hv(UV)→3O2+O(1)O+H2O+hv(UV)→2HO·(2)在此，在上述水净化装置中，空气中所含的水分子(水蒸气)与氧原子反应而形成羟基自由基(上述式(2))。空气中所含的水蒸气的比例即使高也就3％、4％(体积百分比)左右，无法产生大量的羟基自由基。也考虑了在高湿度状态下产生臭氧(等离子体)，但在高湿度下无法有效地进行放电，而无法充分地产生臭氧。另一方面，氨作为氮肥、尿素等的原料是很重要的，作为氨的工业制备方法，存在著名的哈伯-博施法(Haber-Boschprocess)。该方法是在高温、高压下利用铁系催化剂使氮气与氢气反应而合成氨的方法。另外，作为氨的合成原料之一的氢气，通常是由以石油、煤炭或者天然气等为代表的埋藏烃的水蒸气转化而得到。基于该原因，哈伯-博施法为需要巨大能量的重厚长大反应法，并且为生成二氧化碳这一副产物的高环境负荷的反应法。为了解决上述的哈伯-博施法的问题，已提出有利用水裂解反应获取氢气的方法(参照专利文献3)。该提案的方法是利用太阳热能加热热媒，并利用该热媒的热能引起水裂解反应而得到氢气。根据该方法，具有以下优点：即，在利用自然能源这一点上能够减小环境负荷，且也能够减小高温的太阳热能的收集负荷。上述的利用水裂解反应得到氢气的方法，在不生成二氧化碳这一点上为环境负荷低的方法，比哈伯-博施法有利。但是，仍然存在下述间题：即，不仅裂解水得到氢气时所需要的能量大，而且得到的氢气和氮气反应时所需要的能量也很大，加上在氨的合成中需要催化剂这一点，在费用方面还期望有所改善。【现有技术文献】【专利文献】专利文献1：日本公报、特开2013-158706号专利文献2：日本公报、特开2013-154145号专利文献3：日本公报、特开2013-241303号
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述情况而完成的，以提供以下方法和装置为目的：即，利用以高效率使等离子体状的物质(臭氧、氮等离子体等)和水等反应的相界面反应的反应生成物制备方法、及用于该方法的相界面反应装置、以及使用反应生成物制备二次反应生成物的二次反应生成物制备方法。按照前述目的进行的第一专利技术所涉及的利用相界面反应的反应生成物制备方法是下述方法：即，包括：向反应容器中供给等离子体状的物质的等离子体供给工序、向所述反应容器中供给水或水溶液的水/水溶液供给工序、以及对所述反应容器中的所述等离子体状的物质照射紫外线的紫外线照射工序，并且，在所述反应容器中，使所述等离子体状的物质和所述水或所述水溶液中所含的溶质在相界面上进行反应，从而制备反应生成物。根据第一专利技术所涉及的利用相界面反应的反应生成物制备方法，由于在等离子体相和与等离子体相接触的液相的相界面上使等离子体状的物质和水或水溶液中所含的溶质进行反应，因此，两种成分的接触面积大，能够以高效率进行反应。另外，此时，等离子体状的物质和气体的水(水蒸气)也发生反应。另外，由于能够在与具有一定程度湿度的反应场(反应容器中)不同的场所产生等离子体并将等离子体供给到反应场，因此等离子体的产生效率也不会降低。在本申请中，所谓的“等离子体”，是指不论其生成方法，均为气体或者气体状，且带正电的粒子和带负电的电子大致保持电中性而分布的粒子集团，或者，该粒子集团和原子状、分子状的气体混合的集团。因此，在本申请中称作“等离子体状”时，是指构成气体的分子的一部分或全部电离或解离、或者解离后的原子结合的状态，以及这些混合存在的状态。具体而言，电离的状态是指离子以及电子的状态，解离的状态是指作为氧原子、氮原子等存在的状态，原子结合的状态是指作为臭氧(O3)等存在的状态。例如，等离子体状的氧(氧等离子体)通常除了臭氧(O3)以外，还由氧气分子(O2)、氧原子(O)等混合组成。另外，等离子体状的氮(氮等离子体)中氮原子(N)占大部分。“等离子体状的物质”也可以为臭氧、氮原子等的气体状的紫外线反应性物质。进而，在第一专利技术所涉及的利用相界面反应的反应生成物制备方法中，优选：包括向反应容器中供给等离子体状的物质的等离子体供给工序、使所述反应容器中产生雾状的水或水溶液的雾化工序、以及在所述反应容器中的湿度(相对湿度)未满100％的状态下对所述反应容器中的所述等离子体状的物质照射紫外线的紫外线照射工序，并且，在所述反应容器中，使所述等离子体状的物质和所述雾状的水或所述雾状的水溶液所含的溶质在相界面上进行反应。通过使反应容器中的湿度为未满100％的状态，能够抑制水分子对紫外线的支配性吸收等，从而能够使反应有效地进行。另外，通过使湿度未满100％，能够将反应生成物以气体状态有效地进行回收。当湿度为100％时，反应容器内部产生大量的结露(水滴)，水溶性的反应生成物溶解于该水滴中的量增加，因此产生将气体和液体双方进行回收的必要等。在第一专利技术所涉及的利用相界面反应的反应生成物制备方法中，优选：在进行所述紫外线照射工序时，所述反应容器中的湿度为40％以上且70％以下。通过使湿度在上述范围内，能够进一步提高反应效率。在第一专利技术所涉及的利用相界面反应的反应生成物制备方法中，优选：所述雾化工序是通过在所述反应容器内对所述水或水溶液加热而进行。通过加热产生雾，从而容易将湿度或者雾的粒径等控制于良好的状态。另外，通过在反应容器内使水等雾化，由此能够对产生的雾以及水蒸气全部照射紫外线，这是有效的。进而，通过在反应容器内进行加热，从而结果是反应容器内的温度变高，饱和水蒸气量增加。即，由于能够增加反应容器中存在的水蒸气的量，因此能够进一步提高反应效率。在第一专利技术所涉及的利用相界面反应的反应生成物制备方法中，优选：所述物质包含从由氧、氮以及氧化碳(二氧化碳、一氧化碳)组成的群中选择的至少一种。通过使用氧等离子体(臭氧)，能够生成羟基自由基、单态氧等，通过使用氮等离子体，能够合成氨。进而，通过使该氨分解，也能够生成氢气(H2)。另外，通过使用氧化碳等离子体，能够进行烃、醇等有机物的合成。在第一专利技术所涉及的利用相界面反应的反应生成物制备方法中，优选：所述物质包含氮，所述反应生成物制备方法进一步包括使通过所述相界面上的反应而生成的氨分解的分解反应工序。如此，能够得到氢气分子。按照前述目的进行的第二专利技术所涉及的相界面反应装置是下述装置：即，具备反应容器、向该反应容器中供给等离子体状的物质的等离子体供给装置、向所述反应容器中供给水或水溶液的水/水溶液供给装置、以及对所述反应容器中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用相界面反应的反应生成物制备方法，其特征在于，包括：向反应容器中供给等离子体状的物质的等离子体供给工序，向所述反应容器中供给水或水溶液的水/水溶液供给工序，以及对所述反应容器中的所述等离子体状的物质照射紫外线的紫外线照射工序；所述相界面反应是在所述反应容器中使所述等离子体状的物质和所述水或所述水溶液中所含的溶质在相界面上进行反应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.27 JP 2014-1326901.一种利用相界面反应的反应生成物制备方法，其特征在于，包括：向反应容器中供给等离子体状的物质的等离子体供给工序，向所述反应容器中供给水或水溶液的水/水溶液供给工序，以及对所述反应容器中的所述等离子体状的物质照射紫外线的紫外线照射工序；所述相界面反应是在所述反应容器中使所述等离子体状的物质和所述水或所述水溶液中所含的溶质在相界面上进行反应。2.根据权利要求1所述的利用相界面反应的反应生成物制备方法，其特征在于，将所述水/水溶液供给工序作为使所述反应容器中产生雾状的水或水溶液的雾化工序；将所述紫外线照射工序作为在所述反应容器中的湿度未满100％的状态下对所述反应容器中的所述等离子体状的物质照射紫外线的工序。3.根据权利要求2所述的利用相界面反应的反应生成物制备方法，其特征在于，在进行所述紫外线照射工序时，所述反应容器中的湿度为40％以上且70％以下。4.根据权利要求2或3所述的利用相界面反应的反应生成物制备方法，其特征在于，所述雾化工序是通过在所述反应容器内对所述水或水溶液加热而进行。5.根据权利要求1～4中任一项所述的利用相界面反应的反应生成物制备方法，其特征在于，所述物质包含从由氧、氮以及氧化碳组成的群中选择的至少一种。6.根据权利要求5所述的利用相界面反应的反应生成物制备方法，其特征在于，所述物质包含氮；所述利用相界面反应的反应生成物...

【专利技术属性】
技术研发人员：春山哲也，
申请(专利权)人：国立大学法人九州工业大学，荏原实业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP