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JP3279231B2 - ヨウ素ガスの分離方法 - Google Patents

ヨウ素ガスの分離方法

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JP3279231B2
JP3279231B2 JP27893097A JP27893097A JP3279231B2 JP 3279231 B2 JP3279231 B2 JP 3279231B2 JP 27893097 A JP27893097 A JP 27893097A JP 27893097 A JP27893097 A JP 27893097A JP 3279231 B2 JP3279231 B2 JP 3279231B2
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gas
iodine
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water
iodine gas
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B7/00Halogens; Halogen acids
    • C01B7/13Iodine; Hydrogen iodide
    • C01B7/14Iodine
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヨウ素ガスの分離
方法に関する。より詳細には、本発明は、ヨウ素ガスを
透過させない膜にヨウ素ガスを含む相を透過させること
により、相からヨウ素ガスを分離する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】水素及び酸素はクリーンなエネルギー源
として注目されているが、その製造方法としては、水を
電気化学的に分解することによる方法が工業的に確立し
ている。しかしながら、この方法は必要電力が大きく、
コストの点において問題があり、この問題を解決するた
めに、特開昭55−21587 号公報及び特開平8−301606号
公報において、水を化学的に分解する方法が提案されて
いる。
【0003】すなわち、下式(1) H2 O + X2 → HX + 1/2 O2 (1) (上式中、Xはハロゲンである)で表されるように、水
をハロゲンと反応させて、化学反応によりハロゲン化水
素と酸素を形成し、次いでこのハロゲン化水素を電気分
解することによって水素が形成される。この方法によれ
ば化学反応によって酸素が得られ、また水を直接電気分
解するよりもハロゲン化水素を電気分解することにより
はるかに低い電圧で水素が得られ、必要な電気エネルギ
ーを低減することができるという利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような方法によっ
て低コストで酸素及び水素を得ることができるが、ハロ
ゲンを含む反応系から酸素及びハロゲン化水素を分離す
る工程において問題がある。すなわち、生成したガスを
連続的にもしくはバッチ的に反応系から取り出さなけれ
ば反応が進行し難くなる上、圧力が高くなって危険であ
るため、この生成した酸素及びハロゲン化水素を反応系
から取り出す必要がある。しかしながら、反応系中には
生成した酸素及びハロゲン化水素の他に、未反応のハロ
ゲンをも含むため、反応系から酸素及びハロゲン化水素
のみを取り出し、一方、ハロゲンを系内に閉じ込めてお
くことが必要である。
【0005】ハロゲンとして臭素を使用する場合、反応
系からガスを取り出す配管を冷却すれば、水や臭素は液
化するが、酸素及びハロゲン化水素が気体のままとする
ことができるため、生成した酸素及びハロゲン化水素を
臭素から容易に分離し、ガスのみを取り出すことができ
る。しかしながら、ハロゲンとしてヨウ素を用いた場
合、臭素を用いた場合と同様にガス取り出し配管を冷却
したのでは、ヨウ素の融点は117 ℃と高いため、水が液
化する温度においてはヨウ素は固化してしまい配管が詰
まってしまう。また、一般的な気体分離膜を使用しても
ヨウ素ガスはこの膜を通過してしまい、酸素及びハロゲ
ン化水素から分離することができない。
【0006】上記(1) の方法においてハロゲンとしてヨ
ウ素を用いた場合、得られるヨウ化水素は電気分解する
ことなく熱のみによって水素とヨウ素に分解可能である
ため、水素を得る方法としては熱効率が高いという利点
がある。しかしながら、上記のように、従来は酸素及び
ハロゲン化水素とヨウ素ガスとを分離することができ
ず、従って上記の(1) の反応を連続的に行うことができ
ず、バッチ処理で行うしかなかった。そこで、上記(1)
の方法を連続的に行うことができるよう、ヨウ素ガスの
効果的な分離手段が求められている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに1番目の発明によれば、ヨウ素ガスを含む相を、疎
水性を有しかつ細孔径が1nm〜60μm である細孔を有す
る分離膜を透過させて、前記分離膜において前記相の流
れの上流側にヨウ素ガスを残留させ、ヨウ素ガスを除去
した相を分離膜の下流側から取り出すことにより、ヨウ
素ガスが分離される。
【0008】また、2番目の発明では、上記問題点を解
決するために1番目の発明において、前記分離膜に加
え、水不透過性、水蒸気透過性の膜が併用されている。
また、3番目の発明では、上記問題点を解決するために
1番目又は2番目の発明において、前記分離膜の上流側
の面に不活性ガスを吹き付けている。また、4番目の発
明では、上記問題点を解決するために1番目又は2番目
の発明において、前記分離膜の下流側から上流側に向か
って水蒸気を透過させている。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。図1は、本発明の方法を実施するための装置の
断面図である。密閉容器10にヨウ素を25g 加え、ヨウ
素と空気の混合ガス11を形成する。加熱して、密閉容
器の内部温度が160 ℃に到達後、バルブ5及び6を開
き、ヨウ素を含む入りガス8を配管4を介して分離膜1
に透過させ、出ガス9を採取する。この分離膜1は金属
もしくはセラミックス製の多孔性平板2及び3(孔サイ
ズ60μm)により固定されている。バルブを開けたときの
圧力は約0.2MPa(2kg/cm2) であり、0.1MPa(1kg/cm2) ま
で開放してガスを採取する。尚、配管の温度がヨウ素の
融点を下回るとヨウ素が配管内に固着して配管が詰まっ
てしまうため、ヒータ7により配管の温度を調節する。
【0010】本発明は、この分離膜1として、疎水性を
有しかつ細孔径が1nm〜60μm 、好ましくは1〜3μm
である細孔を有する膜を用いることを特徴とする。この
膜としては、それ自身疎水性を有するフッ素系樹脂、例
えばポリ四フッ化エチレン等を用いてよく、又は金属
(ハステロイ、ステンレス等)、セラミックス、ガラス
フィルター、発泡材料等の多孔質材料にフッ素樹脂等の
疎水性樹脂をコートして又はいわゆるゾルゲル法によっ
てSiO2 をベースとした撥水膜を形成してもよい。具
体的には、テトラエチルオルトシリケート10.0g 、FA
S2.73g 、及びエチルアルコール13.27gを混合し2時間
攪拌後、純水4.25g 及び0.1 規定塩酸5.27g を加えてゾ
ル溶液を調製する。この溶液を24時間放置後、この溶液
にガラス平板を浸漬する。40℃で30分乾燥後、200 ℃で
1時間焼成することにより撥水性を有する分離膜が得ら
れる。
【0011】本発明における分離膜の疎水性は、その表
面の接触角が90度以上であればよいが、この接触角は
熱、ヨウ素ガス、ヨウ化水素の影響によって徐々に低下
するため、高いほど好ましい。例えばポリ四フッ化エチ
レン樹脂の接触角は117 度であり、また上記のガラス平
板に撥水膜を形成することにより140 度以上にすること
も可能である。
【0012】こうして分離膜1を透過させた出ガス9に
はヨウ素ガスは含まれず、本発明の方法によりヨウ素ガ
スを閉じ込めることができる。ヨウ素ガスは従来の一般
的なガス分離膜を通過してしまうが、上記のようにこの
膜を疎水性とすることによりヨウ素ガスの透過を防ぐこ
とができる。また、ヨウ素ガスは直径約0.5nm である
が、この分離膜が60μm 程度までの細孔を有していて
も、疎水性であれば、この膜を透過することができな
い。このようなヨウ素ガスが、その直径の1000倍ほど大
きい細孔であっても透過できない理由は明らかではない
が、膜表面の疎水性(もしくは撥水性)とヨウ素ガスと
の相互作用によるものであると考えられる。一方、同じ
程度の細孔径を有するが、疎水性の低いポリイミド膜、
金属フィルター、セラミックスフィルターを用いても、
このようなヨウ素ガス分離効果は得らない。
【0013】また、図1に示す構成において、ヨウ素ガ
スと空気の混合ガス11の代わりに、ヨウ素5g 、水90
g 、及び47%ヨウ化水素5g からなる溶液を入れ、容器
内部温度が160 ℃に到達後、バルブ5及び6を開いて空
気ガスを採取する。この場合においても、出ガス中には
ヨウ素は存在せず、ヨウ素ガスの閉じ込め効果がみられ
る。
【0014】しかし、上記のようにヨウ素ガスを含む相
内に水分が存在する場合、分離膜面に水蒸気が液化付着
し、分離膜の孔を防ぎ、その結果、酸素等のヨウ素以外
のガスの透過を妨げたり、多量の水(液体)を系外に放
出する場合がある。そこで、図2に示すように、分離膜
への水蒸気の付着を防止するため、水蒸気は透過する
が、水は透過しない膜を分離膜と併用して用いることが
好ましい。図2において1〜10は図1に示すものと同
様のものであり、12は水不透過性、水蒸気透過性の
膜、例えば孔サイズ2μm のゴアテックス(商品名)フ
ィルターであり、13は上記のヨウ素、水及びヨウ化水
素からなる溶液であり、14は空気である。容器内部温
度が160 ℃に到達後、バルブ5及び6を開いて空気ガス
を採取しても、出ガス中にはヨウ素ガスは検出されず、
ヨウ素ガスの閉じ込め効果がみられる。また、バルブを
開ける以前の圧力は0.5MPaであり、0.3MPaまでバルブを
開放して出ガスを採取したが、水の透過はみられない。
一方、分離膜1のみで、水不透過性、水蒸気透過性膜1
2を併用しない場合には0.35MPa の圧力において水が透
過することが観察される。
【0015】図2に示す構成により、系からの水の透過
は防止されるが、水蒸気は透過するため、ヨウ素及びヨ
ウ化水素が溶け込んだ水蒸気も透過することになる。こ
のヨウ素及びヨウ化水素を効率的に利用するため、膜を
通過した水蒸気を冷却し、液体として反応容器に還流す
ることが好ましい。すなわち、図3に示すように、容器
内部温度が160 ℃に到達後、バルブ5及び6を開いて空
気ガスを採取する。この際、ヨウ素を含む水蒸気は膜1
2及び1を通過するため、バルブ15を開いてこの水蒸
気を貯めた後、バルブ15を閉め、次いでバルブ16を
開けて高圧の窒素等の不活性ガス17を流すことによっ
て、このヨウ素を含む水蒸気を容器10に押し込み還流
させる。出ガス9からはヨウ素ガスは検出されず、ヨウ
素ガスの閉じ込め効果がみられる。
【0016】図2に示すように、水不透過性膜を併用し
ても、膜に水が付着することは防ぐことができない。そ
こで、この膜の上流側の面に不活性ガス、例えば窒素を
吹き付けることにより、膜表面への水分付着を防止する
ことが好ましい。すなわち、図4に示すように、膜の上
流側の面に向けて窒素ガス18を系内の圧力に例えば0.
05MPa 加えて断続的に吹きつけ、バルブを開けて、出ガ
スを採取する。このよな構成により、膜に水分が付着す
ることなく、効率的にヨウ素ガスを分離することができ
る。
【0017】さらに、ヨウ素ガスを分離膜において分離
する場合、この分離膜においてヨウ素ガスが冷却される
とヨウ素が固着し、分離膜の目詰まりを起こすことがあ
る。例えば、図2に示す系において、ヨウ素5g 、水90
g 及び47%ヨウ化水素5g を含む溶液を密閉容器に入
れ、容器内部が160 ℃に達した後、バルブを開いてガス
を排出する。次いで窒素50%及び二酸化炭素50%からな
るガスを入れ加熱し、160 ℃に達した後、再びバルブを
開いてガスを排出する。通常、この作業を10回ほど繰り
返すと、ガスが排出されなくなり、分離膜を取り出して
調べると、ヨウ素が膜表面に固着している。そこで、こ
の目詰まりを防止するため、分離膜の下流側から上流側
に向かって水蒸気を透過させる。こうすることにより、
上記の作業を20回以上繰り返してもガスの排出に異常は
みられず、分離膜にも異常はない。また、このように水
蒸気を透過させることにより、この装置の非使用時にお
ける分離膜細孔内での相成分の残留を防止し、ヨウ素の
固化による目詰まりを防止することができる。
【0018】
【発明の効果】本発明により、上記式(1) に示すよう
に、ハロゲンと水とを化学的に反応させて酸素と水素を
製造する方法において、ハロゲンとしてヨウ素を用いた
場合に、ヨウ素を反応系から放出させることなく酸素も
しくは水素を取り出しながら反応を進行させることがで
き、連続的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法に用いる装置の略断面図である。
【図2】分離膜と共に、水不透過性、水蒸気透過性膜を
併用する、本発明の方法に用いる装置の略断面図であ
る。
【図3】ヨウ素含有水蒸気を反応系に循環させる手段を
備えた、本発明の方法に用いる装置の略断面図である。
【図4】分離膜に不活性ガスを吹き付ける手段を示す、
略断面図である。
【符号の説明】
1…分離膜 2、3…多孔性平板 4…配管 5、6、15、16…バルブ 7…ヒータ 8…入りガス 9…出ガス 10…密閉容器 11…ヨウ素ガスと空気の混合ガス 12…水不透過性、水蒸気透過性膜 13…ヨウ素含有溶液 14…空気 17、18…不活性ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/22 C01B 7/14 C01B 9/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヨウ素ガスを含む相を、疎水性を有しか
    つ細孔径が1nm〜60μm である細孔を有する分離膜を透
    過させることにより、前記分離膜において前記相の流れ
    の上流側にヨウ素ガスを残留させ、ヨウ素ガスを除去し
    た相を分離膜の下流側から取り出すことを特徴とする、
    ヨウ素ガスの分離方法。
  2. 【請求項2】 前記分離膜に加え、水不透過性、水蒸気
    透過性の膜を用いることを特徴とする、請求項1記載の
    方法。
  3. 【請求項3】 前記分離膜の上流側の面に不活性ガスを
    吹き付けることを特徴とする、請求項1又は2記載の方
    法。
  4. 【請求項4】 前記分離膜の下流側から上流側に向かっ
    て水蒸気を透過させることを特徴とする、請求項1又は
    2記載の方法。
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