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公開番号2025006766
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023107751
出願日2023-06-30
発明の名称アセチレン含有ガス製造用カソード電極および製造装置
出願人株式会社KRI
代理人
主分類C25B 11/073 20210101AFI20250109BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】二酸化炭素を原料とした電気分解に使用する新規カソード電極および前記カソード電極を用いたアセチレン含有ガス製造装置の提供。
【解決手段】本発明は、電気化学的な還元反応により二酸化炭素を還元してアセチレンガスを含有するガスを製造する装置のカソード電極であって、金属触媒および高分子電解質を含み、前記高分子電解質が、ポリスチレン骨格を主鎖構造とし、ポリスチレン骨格のベンゼン環のパラ位にメチレン基を介して結合する環上プロトンを有する芳香族ヘテロ環からなるアンモニウムカチオンとヒドロキシルアニオンをイオン対としたイオン交換基を有する高分子電解質であるカソード電極および前記カソード電極をカソード電極とするアセチレンガス含有ガス製造装置である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電気化学的な還元反応により二酸化炭素を還元してアセチレンガスを含有するガスを製造する装置のカソード電極であって、金属触媒および高分子電解質を含み、前記高分子電解質が、ポリスチレン骨格を主鎖構造とし、ポリスチレン骨格のベンゼン環のパラ位にメチレン基を介して結合する環上プロトンを有する芳香族ヘテロ環からなるアンモニウムカチオンとヒドロキシルアニオンをイオン対としたイオン交換基を有する高分子電解質であるカソード電極。
続きを表示（約 160 文字）【請求項２】
前記アンモニウムカチオンがイミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオンおよびイソキノリニウムカチオンのいずれか一つ以上であることを特徴とする請求項１に記載のカソード電極
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のカソード電極をカソード電極とするアセチレンガス含有ガス製造装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学的な還元反応により二酸化炭素から直接的にアセチレンガスを含有するガスを製造する装置用のカソード電極およびそれを用いた製造装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
アセチレンガスは、金属加工に用いられる各種炭化水素系ガスのなかで燃焼温度特性が最も高いことや、広範な有機化学品の合成原料として使用されることから、現代社会に欠かすことの出来ない重要な基礎化学品の一つである。
【０００３】
アセチレンガスの製造方法は、比較的安価な炭化カルシウム（カーバイド）と水を原料として用いるカーバイド法が一般的である。しかし、カーバイド法で発生させた粗アセチレンには原料のカーバイド由来の不純物としてリン化水素や硫化水素が含まれるため、主用途である金属加工や化学合成品原料として用いるには、高価で煩雑な精製装置の併設が必須となるという課題があった。
【０００４】
加えて、近年高まっている脱炭素の潮流を踏まえると、製造過程において生石灰とコークスに電気炉により２０００℃程度のエネルギーを加えて作られる炭化カルシウム（カーバイド）を原料とするカーバイド法は、ライフサイクルアセスメントの観点から好ましいものではなく、より環境負荷を抑えたアセチレン製造法が求められている。
【０００５】
上記のような課題の克服のための手段として、比較的エネルギー消費の少ない温和な条件で供給成分の化学変換を行うことのできる電気化学的な変換装置（電解装置）の利用が考えられる。
【０００６】
これまでに二酸化炭素を原料とする電気化学的な方法による二酸化炭素の固定化技術が数多く提案されている。電解生成物としては、Ｃ１化合物である一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ
４
）、メタノール（ＣＨ
３
ＯＨ）、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、Ｃ２化合物であるエタン（Ｃ
２
Ｈ
６
）、エタノール（Ｃ
２
Ｈ
５
ＯＨ）、エチレン（Ｃ
２
Ｈ
４
）などが知られている。
【０００７】
中でも、Ｃ２化合物であるエチレンは、種々の化学品の出発原料として用いられる重要な化合物である。反応活性な二重結合を持つオレフィン（アルケン）化合物であるエチレンは、二酸化炭素からの電解還元による変換を考えた場合、多電子の還元反応を実現しつつ炭素－炭素二重結合を形成する必要があり、各種Ｃ１化合物やＣ２のアルカン生成物より選択性が低いのが一般的である。そのため、種々の検討が報告されている（特許文献１および２）。
【０００８】
特許文献１においてはカソード触媒に着目した検討を行っている。電解装置のカソード触媒としてハロゲン化第１銅で被覆された銅電極を検討し、二酸化炭素を原料として７割程度の選択性でエチレンへと変換する電解装置を報告している。
【０００９】
特許文献２においても、カソード触媒に着目した検討が行われており、結晶性銅フタロシアニンをカソード触媒として用いることが、電解還元によるエチレン合成に有効であることが報告されている。
【００１０】
しかし、いずれの場合も、アルケン化合物よりさらに反応性に富むアルキン化合物であるアセチレンは生成しない。多電子の還元反応を進行させ炭素－炭素の三重結合を形成する必要があるアセチレンへの電解反応による変換は報告例がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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