电解池(100)具有电解质膜(110)、还原电极(120)和氧发生用电极(130)。电解质膜(110)由具有质子传导性的材料(离聚物)形成。还原电极(120)中使用的还原催化剂，由含有Pt、Pd中至少一者的第1催化剂金属(贵金属)、和选自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ru、Sn、W、Re、Pb、Bi中的一种或两种以上的第2催化剂金属的组合物构成。氧发生用电极(130)含有RuO2、IrO2等的贵金属氧化物系的催化剂。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】电解池(100)具有电解质膜(110)、还原电极(120)和氧发生用电极(130)。电解质膜(110)由具有质子传导性的材料(离聚物)形成。还原电极(120)中使用的还原催化剂，由含有Pt、Pd中至少一者的第1催化剂金属(贵金属)、和选自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ru、Sn、W、Re、Pb、Bi中的一种或两种以上的第2催化剂金属的组合物构成。氧发生用电极(130)含有RuO2、IrO2等的贵金属氧化物系的催化剂。【专利说明】电化学还原装置及芳香烃化合物或含氮杂环芳香族化合物 的氢化物的制备方法
本专利技术涉及将芳香烃化合物或含氮杂环芳香族化合物进行电化学地氢化的装置 和方法。
技术介绍
已知环己烷、十氢萘之类的环状有机化合物可以通过使用氢气将对应的芳香烃化 合物（苯、萘）进行核氢化来有效地获得。对于该反应，需要高温且高压的反应条件，因此 以小?中规模进行制造是不适合的。与此相对，已知采用电解池的电化学反应能使用水作 为氢源，故无需处理气体状的氢，而且反应条件也比较温和（常温?200°C左右、常压）地进 行。 然而，将与水的亲和性低、电导率低的这些化合物通过以水为原料的电化学反应 进行还原，显然需要在电极构造、电极材料上下工夫，为了进行低耗能且高效的芳香烃化合 物的还原反应，需要开发出适合于本目的的电极催化剂。 〔现有技术文献〕 〔专利文献〕 专利文献1 :日本特开2003-045449号公报 专利文献2 :日本特开2005-126288号公报 专利文献3 :日本特开2005-239479号公报 〔非专利文献〕 〔非专利文献 1〕市川胜，J. Jpn. Inst. Energy, 85 卷，517 (2006)
技术实现思路
作为将甲苯等芳香烃化合物进行电化学地氢化的例子，已报告了将气化成气体状 的甲苯送到还原电极侧，以与水电解类似的构成，不经过氢气状态而得到作为核氢化物的 甲基环己烷的技术（参照非专利文献1)，但每电极面积?小时内可以转化的物质量（电流 密度）不大，为增大每装置体积可以处理的物质量，在电极构造、特别是还原极侧的电极方 面还存在改良的余地。 当想要将芳香烃化合物进行电化学还原时，必须同时在还原极进行从异性极（氧 发生极）输送的质子、电子、及成为原料的芳香烃化合物的供给、以及生成的核氢化物的排 出。在这些质子、电子、物质移动中，为了高效地形成反应界面、例如若是苯则通过6电子还 原得到环己烷，若是萘则通过10电子还原得到十氢萘，需要高的电极催化剂活性，而且用 于形成反应界面的三维构造也是重要的。 本专利技术是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够将芳香烃化合物或 含氮杂环芳香族化合物高效地进行电化学核氢化的技术。 本专利技术的一个方式是电化学还原装置。该电化学还原装置，其特征在于，具备：具 有质子传导性的电解质膜、设置在上述电解质膜的一侧的、含有用于将芳香烃化合物核氢 化的催化剂金属的还原电极、和设置在上述电解质膜另一侧的氧发生用电极，上述催化剂 金属是含有包括Pt、Pd中的至少一个的第1催化剂金属、和选自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、 Mo、Ru、Sn、W、Re、Pb、Bi中的一种或两种以上的第2催化剂金属的组合物。需要说明的是， 对于芳香烃化合物的核氢化，氢化的苯环数目不限于1，也可以是2以上。 第1催化剂金属相对于上述第1催化剂金属和上述第2催化剂金属的总质量的比 例可以是l〇wt%以上95wt%以下。上述第1催化剂金属及上述第2催化剂金属可以担载 于含有多孔性碳、多孔性金属、多孔性金属氧化物中的任一者的导电性材料。上述导电性材 料可以具有l.〇Xl〇_ 2S/cm以上的电导率。上述还原电极可以含有质子传导体。上述质子 传导体可以是离子传导性聚合物。上述催化剂金属可以由上述质子传导体部分地覆盖。 本专利技术的其他方式是芳香烃化合物或含氮杂环芳香族化合物的氢化物的制备方 法。该芳香烃化合物或含氮杂环芳香族化合物的氢化物的制备方法，其特征在于，在上述的 任一个方式的电化学还原装置的还原电极侧导入芳香烃化合物或含氮杂环芳香族化合物， 在氧发生用电极侧通入水或加湿的气体，以还原电极成为低电位、氧发生用电极成为高电 位的方式从外部施加电场，由此将导入还原电极侧的芳香烃化合物或含氮杂环芳香族化合 物进行核氢化。 在上述方式的芳香烃化合物或含氮杂环芳香族化合物的氢化物的制备方法中，可 以在反应温度下以液体状态导入要向还原电极侧导入的芳香烃化合物或含氮杂环芳香族 化合物。 需要说明的是，适当组合上述各要素的专利技术也可包括在本件专利申请所要求专利 保护的专利技术范围内。 〔专利技术效果〕 通过本专利技术，可以将芳香烃化合物或含氮杂环芳香族化合物高效地进行电化学地 核氢化。 【专利附图】【附图说明】 图1是表示实施方式的电化学还原装置的示意结构的示意图。 图2是表示实施方式的电化学还原装置所具有的电解池的示意结构的图。 图3是表示还原电极中采用的催化剂金属与电流密度的关系的图表。 图4是表示第2催化剂金属的含量与相对电流密度的关系的图表。 图5是表示离聚物比与相对电流密度的关系的图表。 【具体实施方式】 以下参照【专利附图】【附图说明】本专利技术的实施方式。需要说明的是，在所有附图中，对同样的结 构元素附加同样的标号，并适当省略说明。 图1是表示实施方式的电化学还原装置的示意结构的示意图。图2是表示实施方 式的电化学还原装置所具有的电解池的示意结构的图。如图1所示那样，电化学还原装置 10具备电解池100、电控制部20、有机物贮藏槽30、水贮藏槽40和气水分离部50。 电控制部20,例如是将电源的输出电压转换成规定电压的DC/DC转换器。电控制 部20的正极输出端子与电解池100的正极连接。电控制部20的负极输出端子与电解池 100的负极连接。由此，在电解池100的氧发生用电极（正极）130与还原电极（负极）120 之间被施加规定的电压。需要说明的是，电控制部20的参比电极输入端子与后述的电解质 膜110上设置的参比电极112连接，以参比电极112的电位为基准，确定正极输出端子的电 位和负极输出端子的电位。需要说明的是，作为电源，可以使用太阳光、风力等来自自然能 量的电。 有机物贮藏槽30贮藏了芳香族化合物。本实施方式中使用的芳香族化合物， 是至少含有一个芳香环的芳香烃化合物、或含氮杂环芳香族化合物，可以列举苯、萘、蒽、 二苯乙烷、吡啶、嘧啶、吡嗪、喹啉、异喹啉、N-烷基吡咯（N-alkylpyrrole)、N-烷基吲哚 (N-alkylindole)、N_烧基二苯并批咯（N-alkyldibenzopyrrole)等。另外，上述芳香经及 含氮杂环芳香族化合物的芳香环中的1?4个氢原子可以由烷基取代。其中，上述芳香族 化合物中的"烷基"是碳原子数1?6的直链烷基或支链烷基。例如，作为烷基苯，可以列 举甲苯、乙基苯等，作为二烷基苯可以列举二甲苯、二乙基苯等，作为三烷基苯可以列举均 三甲苯等。作为烷基萘，可以列举甲基萘。此外，上述的芳香烃本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电化学还原装置，其特征在于，具备：具有质子传导性的电解质膜，设置在所述电解质膜的一侧的、含有用于将芳香烃化合物或含氮杂环芳香族化合物核氢化的还原催化剂的还原电极，以及在所述电解质膜的另一侧设置的氧发生用电极；所述还原催化剂是含有Pt、Pd中的至少一者的第1催化剂金属、和选自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ru、Sn、W、Re、Pb、Bi中的一种或两种以上的第2催化剂金属的组合物。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤康司，三好康太，中川幸次郎，小堀良浩，
申请(专利权)人：吉坤日矿日石能源株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。