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公開番号2024152638
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-25
出願番号2024048291
出願日2024-03-25
発明の名称金属カーバイドおよび炭化水素の製造方法、ならびに炭素含有部材
出願人ダイキン工業株式会社,学校法人同志社
代理人個人,個人,個人
主分類C25B 1/14 20060101AFI20241018BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】比較的低温下で、速やかに反応が進行し、効率よく金属カーバイドを得ることのできる製造方法、得られた金属カーバイドから炭化水素を製造する方法、ならびに、金属カーバイドを担持した炭素含有部材を提供する。
【解決手段】アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンよりなる群から選択される少なくとも1種の第1金属イオンと、炭酸イオンとを含む、第1溶融塩を調製すること、および、前記第1溶融塩に電圧を印加して、第1電極に炭素を含む析出物を析出させて、第2電極を得ること、を含む、電極作製工程と、前記第2電極を用いて、アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンよりなる群から選択される少なくとも1種の第2金属イオンを含む第2溶融塩に、電圧を印加し、前記第2金属のカーバイドを含むカーバイド組成物を得ること、を含む、電解工程と、を備える、金属カーバイドの製造方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンよりなる群から選択される少なくとも１種の第１金属イオンと、炭酸イオンとを含む、第１溶融塩を調製すること、および、
前記第１溶融塩に電圧を印加して、第１電極に炭素を含む析出物を析出させて、第２電極を得ること、を含む、電極作製工程と、
前記第２電極を用いて、アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンよりなる群から選択される少なくとも１種の第２金属イオンを含む第２溶融塩に、電圧を印加し、前記第２金属のカーバイドを含むカーバイド組成物を得ること、を含む、電解工程と、を備える、金属カーバイドの製造方法。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
前記第１電極は、遷移金属および遷移金属を含む合金よりなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１に記載の金属カーバイドの製造方法。
【請求項３】
前記第１電極は、鉄を含む合金を含む、請求項１に記載の金属カーバイドの製造方法。
【請求項４】
前記第１電極が、ＳＵＳ３０４を含む、請求項１に記載の金属カーバイドの製造方法。
【請求項５】
前記第２溶融塩は、炭酸イオンを実質的に含まない、請求項１に記載の金属カーバイドの製造方法。
【請求項６】
前記電解工程では、前記第２溶融塩として、前記電極作製工程で使用された前記第１溶融塩をそのまま用いる、請求項１に記載の金属カーバイドの製造方法。
【請求項７】
前記第２溶融塩は、陰イオンとして、ハロゲン化物イオンおよび酸化物イオンよりなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１に記載の金属カーバイドの製造方法。
【請求項８】
前記第１金属イオンと前記第２金属イオンとが同じである、請求項１に記載の金属カーバイドの製造方法。
【請求項９】
前記カーバイド組成物は、さらに、炭素、前記第２金属の単体、ハロゲン化物、炭酸塩、酸化物、水素化物および過酸化物、ならびに前記第１金属の単体、ハロゲン化物、炭酸塩、酸化物およびカーバイドよりなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１に記載の金属カーバイドの製造方法。
【請求項１０】
前記第２溶融塩は、前記第２金属イオンとして、ナトリウムイオン、リチウムイオンおよびカリウムイオンよりなる群から選択される少なくとも１種と、カルシウムイオンとを含む、請求項１に記載の金属カーバイドの製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属カーバイドおよび炭化水素の製造方法、ならびに炭素含有部材に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
アセチレンは、様々な有機化合物の原料として、工業的に重要な物質である。アセチレンは、通常、金属カーバイド（主に、カルシウムカーバイド）と水との反応により得られる。
【０００３】
カルシウムカーバイドは、一般に、生石灰（酸化カルシウム）とコークスとの混合物を、電気炉内で高温に加熱することにより得られる（例えば、特許文献１）。特許文献２は、カルシウムカーバイドの製造に関し、コークスを予めブリケットにしてから生石灰と混合することを提案している。特許文献３は、塩化リチウムを溶融電解して得られる金属リチウムと、カーボンブラック等の炭素粉末とを反応させて、リチウムカーバイドを製造する方法を提案している。非特許文献１は、水酸化リチウムを溶融塩電解して得られた金属リチウムと、二酸化炭素等の炭素源とを反応させて、リチウムカーバイドを製造する方法を提案している。非特許文献２は、金属リチウムと炭素とを反応させて、リチウムカーバイドを製造する方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開昭６１－１７８４１２号公報
特開２０１８－３５３２８号公報
特開平２－２５６６２６号公報
【非特許文献】
【０００５】
McEnaney JM, Rohr BA, Nielander AC, Singh AR, King LA, Norskov JK, Jaramillo TF, “A cyclic electrochemical strategy to produce acetylene from CO2, CH4, or alternative carbon sources.”, Sustain Energy Fuels 4:2, 752-2759 (2020)
Uwe Ruschewitz, “Binary and ternary carbides of alkali and alkaline-earth metals”, Coordination Chemistry Reviews 244, 115-136 (2003)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
金属カーバイドを製造するには、通常、原料を２０００℃以上に加熱する必要がある。そのため、エネルギー効率が低いうえ、大量の二酸化炭素が生成するという問題がある。また、特許文献１～３では、金属カーバイドの炭素源として炭素そのものを使用している。非特許文献１には、炭素源として二酸化炭素を用いた場合、リチウムカーバイドの収率は計算上２０％を超えないが、炭素源として炭素を用いることでリチウムカーバイドの収率を上げることができると記載されている。しかしながら、これを裏付ける実験データは示されていない。非特許文献２には、炭素源としてアモルファスカーボンあるいはグラファイトを用いることが記載されているが、結晶性のリチウムカーバイドを生成するには、８００℃から９００℃の金属リチウムの蒸気を接触させるか、あるいは、概ね３５００℃以上アーク溶融炉内で金属リチウムと接触させる必要がある。
【０００７】
本開示は、（例えば、８００℃以下の）比較的低温下で、速やかに反応が進行し、効率よく金属カーバイドを得ることのできる製造方法を提供することを目的とする。本開示はさらに、得られた金属カーバイドから、炭化水素を製造する方法を提供する。加えて、本開示は、金属カーバイドを担持した炭素含有部材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、下記の態様を含む。
［１］アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンよりなる群から選択される少なくとも１種の第１金属イオンと、炭酸イオンとを含む、第１溶融塩を調製すること、および、
前記第１溶融塩に電圧を印加して、第１電極に炭素を含む析出物を析出させて、第２電極を得ること、を含む、電極作製工程と、
前記第２電極を用いて、アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンよりなる群から選択される少なくとも１種の第２金属イオンを含む第２溶融塩に、電圧を印加し、前記第２金属のカーバイドを含むカーバイド組成物を得ること、を含む、電解工程と、を備える、金属カーバイドの製造方法。
【０００９】
［２］前記第１電極は、遷移金属および遷移金属を含む合金よりなる群から選択される少なくとも１種を含む、上記［１］に記載の金属カーバイドの製造方法。
【００１０】
［３］前記第１電極は、鉄を含む合金を含む、上記［１］または［２］に記載の金属カーバイドの製造方法。
（【００１１】以降は省略されています）

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