JPS6174641A - 金属ナトリウム被覆体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は金属ナトリウムを支持体に付着させた金属ナト
リウム被覆体、その金属すｌ・リウム被覆体を製造する
方法、その金属すＩ・リウム被覆体を用いて水（Ｈ２Ｏ
）や酸素（ｏ２）を除去する装置、及びその金属す］・
リウム被覆体を用い、サイクロトロンで生成される１１
Ｇを原料としてｌ−ｌ１ＩＣＮを製造する装置に関する
ものである。

（従来の技術） 金属す１〜リウムは水や酸素との反応性が極めてよく、
優れたＨ２Ｏ・０２除去剤又はガス精製剤としても広く
知られている。金属ナトリウムをＨ２Ｏ・ｏ２除去剤等
として使用する場合には、一般に塊状又は線状にして容
器に装填して用いられている。

Ｈ１１ＣＮはグルコースやアミノ酸などを製ｉ告する際
の原料として使用され、１１ｃを含むグルコース等は人
体に投与されて病気の診断に利用されている。

ＨＣＮの工業的製造方法については種々の方法が開発さ
れ一般化されている。しかし、８１１ＣＮの製造には、
サイクロトロンにより加速されたプロトンがＮ２ガスに
照射され、 ”Ｎ（ｐ＋　α）ｌ’ｃ 反応により生成する炭素１１　Ｃが使用され、この１’
　Ｃを含む炭素源は極微量であり、その濃度は数ｐｐｍ
以下である。そして、この炭素源から得られる微量の”
　ＣＨ４と多量に添加されるＮ　Ｈ３とを反応させてＨ
１１ＣＮを製造するが、この製造工程の詳細な条件はま
だ明らかにされていない。

一般には、この反応系に水や酸素のような酸素源が含ま
れているとＨ’ｌＣＮの生成効率が悪くなると考えられ
ており、そのため市販の酸素源吸着剤、例えば０ｘｊｓ
ｏｒｂ　（登録商標）、を用いて反応系から水や酸素を
除去する試みが行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点） 塊状又は線状の金属ナトリウムは単位体積当りの表面積
が小さいため、Ｈ２Ｏ−０２除去剤等として使用する場
合にはその能力が十分でなく、またその表面分布が不均
一であるという問題をもっている。ｒ−１２０・０２除
去剤等として作用するのは塊状体又は線状体の表面のみ
であるので、使用により表面が酸化されてくると能力が
なくなり、再生することは困難である。

また、ナトリウム塊等を容器に装填する際表面が酸化さ
れないようにするため、その装填操作は窒素などの不活
性ガス雰囲気中で行なわなければならないなど煩雑であ
った。

本発明の目的は、表面積が大きく、またその表面積分布
が均一で、かつ再生も可能な金属ナトリウム被覆体と、
この金属ナトリウム被覆体を用いたＨ２Ｏ−０２除去装
置を提供することである。

また１本発明の他の目的はその金属すＩ・リウム被覆体
の製造方法を提供することである。

一方、１１　”　ＣＮを製造する装置において、市販の
酸素源吸着剤を使用すると酸素源を全く除去しない場合
に比べてＨ”　ＣＮの生成効率が向上するが、まだ十分
とはいえず、また再現性にも問題がある。これは、市販
の酸素源吸着剤を用いてもなお除去できない酸素源がＨ
１１ＣＮの生成に悪影響を及ぼしているからであると考
えられる。

そこで、本発明の更に他の目的は、生成効率、再現性と
もに優れたＨ１１ＣＮ製造装置を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の金属ナトリウム被覆体は、ウール状、スポンジ
状又はフィルター状の如く通気性がよく表面積の大きい
支持体の表面に金属ナトリウムを付着させたものである
。

この金属ナトリウム被覆体は、金属ナトリウムを液体ア
ンモニアに溶解させ、この溶液を上記の如き通気性がよ
く表面積の大きい支持体に接触させた後、溶媒である液
体アンモニアを揮散させることにより製造することがで
きる。

本発明のＨ２Ｏ・Ｏ２除去装置は上記の金属ナトリウム
被覆体を用いたものである。

そして、本発明のＨ’ｌＣＮ製造装置はＨ”ＣＮ生成の
反応系の酸素源除去手段として上気の金属ナｉ〜リウム
被覆体を使用したものである。

（作用） 金属ナトリウ１１被覆体の支持体はウール状などの形状
をしているので通気性がよく、表面積が大きく、また表
面分布が均一であるので、その表面が金属す１−リウム
により被覆された金属ナトリウム被覆体も通気性がよく
、その表面積も大きく、表面も均一に分布する。

ナトリウムは液体アンモニアに溶解するので、ナトリウ
ムのアンモニア溶液を作ってこれを支持体に接触させ、
溶媒のアンモニアを揮散させると支持体の表面にナトリ
ウムが析出し付着する。

また、金属ナトリウム被覆体を使用していて、その表面
が酸化されてくると支持体に付着し−でいる金属ナトリ
ウムを再び液体アンモニアに溶解させた後、アンモニア
を揮散させることにより再生が行なわれる。

（実施例） 第１図（Ａ）はガラス容器２に金属ナトリウム被覆体４
が装填されたＨ２Ｏ・０２除去装置を表わし、同図（Ｂ
）はその金属ナトリウム被覆体４の部分拡大図である。

６は石英ウール支持体であり、複雑に交錯してその表面
に金属ナトリウム８が付着している。この金属ナトリウ
ム被覆体４にはガスが大きな抵抗を受けないで通過でき
る空隙が存在している。

支持体はウール状の他、スポンジ状のものやフィルター
状のものなど、種々の形状のものを選択して使用するこ
とができる。

容器もガラス以外の材質のものを使用してもよく、種々
の形状のものを使用してもよい。

第１図（Ａ）のような容器に金属ナトリウム被覆体４が
装填されたＨ２Ｏ・Ｏ２除去装置の場合には、図によう
に一方の口から精製すべきガスを供給し、他方の口から
回収すればよい。

次にこのような金属ナトリウム被覆体の製造方法及び再
生方法を説明する。

第２図はこの製造方法に使用する装置を表わす。

１０は金属す１−リウム被覆体が′ＪＡ填さ九るガラス
容器で、蓋が開閉できるようになっており、ガス供給口
１２とガス回収口１４とを備えている。

ガラス容器１０のガス供給口１２はスＩ・ツブバルブ１
６を介してアンモニアガスボンベ１８に接続され、ガス
回＋１ｇ　ｒ＋　Ｉ　／Ｉはスｊ−ツブバルブ２０を介
して硫酸トラップ２２に導かれている。２４はガラス容
器１０を冷却するためのドライアイス−アセトンバスで
、その到達温度は一７７°Ｃである。

この装置を用いてガラス容器１０中に金属す１−リウム
被覆体を装填するには、まず、ガラス容器１０の蓋を開
けて石英ウール６と適量の金属ナトリウム環２６をガラ
ス容器１０の容積の２／３程度のところまで装填し、蓋
を閉じる。この操作は特に雰囲気を窒素ガスなどの不活
性ガスで置換せず、大気中で行なってもよい。

次にガラス容器１０をドライアイス−アセトンバス２４
に浸して冷却し、ス１へツブバルブ１６を開はストップ
バルブ２０を閉じ、アンモニアガスボンベ】８を開ける
。アンモニアガスボンベ１８からのアンモニアガスはガ
ラス容器１０中で冷却されて液化される。ガラス容器１
０中の液体アンモニアは最初透明であるが、金属ナトリ
ウム環２６が溶解するにしたがって青色を呈してくる。

金属ナトリウム環２６が充分に溶解しうるだけの液体ア
ンモニアがトラップできたら、ドライアイス−アセトン
バス２４を取り外し、ストップバルブ１６を閉じストッ
プバルブ２０を開ける。ガラス容器１０の温度が上昇し
てくると溶媒である液体アンモニアが気化し、石英ウー
ル６の表面には金属ナトリウムが析出し付着してくる。

気化したアンモニアガスは硫酸トラップ２２に吸収され
て硫酸アンモニウムとなり、有毒なアンモニアガスは大
気中には放出されない。

このようにしてガラス容器１０中の液体アンモニアを全
て揮散させた後、ストップバルブ２０を閉じると、石英
ウール６の表面に金属ナトリウムが付着した金属ナトリ
ウム被覆体が装填されたＨ２Ｏ・０２除去装置が形成さ
れる。

ガラス容器１０から液体アンモニアを揮散させる場合、
」−記のようにドライアイス−アセトンバス２４を取り
外してガラス容器１０を自然に室温に戻すだけでもよい
が、トライアイス−アセ１〜ンバス２４を取り外した後
、加熱した方が操作時間は短縮される。

なお、第２図の装置で配管中にまで金属ナトリウムが侵
入するのを避けるためには、石英ウール６、金属ナトリ
ウム環２６及び液体アンモニアを入れすぎないように注
意する必要がある。

このＨり０・０２除去装置を例えばガス精製装置などと
して使用し、金属ナトリウム被覆体表面が酸化されて精
製能力が低下した場合には、ガラス容器１０を再びドラ
イアイス−アセ１〜ンバス２４で冷却して」１記のプロ
セスと同じくアンモニアを導入し、支持体に付着してい
る金属すトリウムを液体アンモニアに溶解させてすトリ
ウムのアンモニア溶液を生成した後、液体アンモニアを
揮散させることにより金属すトリウム被覆体を再生する
ことができる。この再生工程により、中身の交換なしに
複数回再生して使用することができる。

この金属ナトリウム被覆体は、Ｎ２０・０２除去装置の
ほか、種々のガスの精製装置として利用することができ
る。

第３図は本発明のＨ１１ＣＮ製造装置の一実施例を表わ
す。

３２はサイクロトロンにより加速されたプロトンをター
ゲット３４でＮクガスに照射して＋１ｃｏ２を生成し、
フローコントローラ３６で一定流量の”ＣＯ＝、Ｎ：混
合ガスとして送出する１１　Ｃ□　、生成装置であり、
電磁バルブ３８を経て、４００°Ｃに加熱されるニッケ
ル触媒炉４０の入口に接続されている。ニッケル触媒炉
４０の入口にはまた、水素（Ｎ２）導入管が電極バルブ
４２とフローコントローラ４４を介して接続され、ニッ
ケル触媒炉４０には１ＩｃＯ２とＮ２の混合ガスにＨり
が混合されて供給されるようになっている。

ニッケル触媒炉４０の出口は電磁バルブ４６を介して前
述の金属す１ヘリウム被覆体を使用したＮ２０・０２除
去装置４８の入口に接続され、このＮ２０・０２除去装
置４８の入口にはまたアンモニア（Ｎ　ＴＪ　３）導入
管が電磁バルブ５０、Ｇａ５Ｃ１ｅａｎ　（登録商標）
の如き酸素除去装置５２、電磁バルブ５４、フローコン
トローラ５６及び電磁バルブ４６を介して接続されてい
る。

Ｈ２Ｏ−０２除去装置４８の出口は電磁バルブ５８を介
して７５０〜ｔｏｏｏ’ｃに加熱される白金触媒炉６０
に接続されている。Ｎ２０・０２除去装百４８の入口と
出口は電磁バルブ４６゜５８及び６２の切換えにより短
絡できるようになっている。

白金触媒炉６０で反応が行なわれたガスは電磁バルブ６
４、逆流防止用チェックバルブ６６を経て取外し可能な
アルカリトラップ６８を通り、トラップされなかったガ
スは電磁バルブ７０、チェックバルブ７２を経て電磁バ
ルブ７４から廃棄されるようになっている。アルカリト
ラップ６８は電磁バルブ６４．７０及び７６の切換によ
り短絡できるようになっている。７８はチェックバルブ
である。

１１一 本実施例のＨ１’ＣＮ製造装置は鎖線８０で囲まれた部
分がユニットとして組み立てられており、”ＣＯ＝生成
装置３２、Ｎ２用配管及びＮＨ３用配管に着脱可能にな
っている。そのため、各ジヨイント部分から侵入する不
要なガスを予備排気するために手動のストップバルブ８
２．８４及び８６と排気用の電磁バルブ８８とが設けら
れている。

本実施例において、ＨｚＯ・Ｏ２除去装置４８には、石
英ウールを支持体としてその表面に金属ナトリウムが付
着している金属ナトリウム被覆体が装填されている。こ
のＨ２Ｏ−０２除去装置４８に金属ナトリウム被覆体を
装填するには、第２図を参照して説明されているように
、Ｎ２０・０２除去装置４８の容器の蓋４８−ａを開け
て適量の石英ウールと金属ナトリウム塊とを入れ、この
Ｈｚｏ・０２除去装置４８の容器を例えばドライアイス
−アセトンバスで冷却しつつアンモニアガスを導入して
液化させ、金属ナトリウムを溶解させてアンモニア溶液
を生成させる。その後、このＮ２０・０２除去装置４８
を昇温させることにより、石英ウールの表面に金属ナト
リウムが析出して付着してくる。

次に本実施例の装置の動作について説明する。

動作中は電磁バルブ３８，４．２，５０，５４゜４６．
５８，６４．７０及び７４が開けられ、電磁バルブ６２
．７６．８８及びス１〜ツブバルブ８２．８４．８６が
閉じられている。

”Ｃｏ？生成装置３２から流量制御されて供給されるガ
スは、Ｎ２ガス中に微量の１１　ＣＯ２を含んだ混合ガ
スである。この混合ガスにＨ？が混合され二ノ）ｆル触
媒炉４０を通過する間に１１Ｃ○２は還元されて”　Ｃ
Ｈ４となり、また混合ガス中に含まれろ○りも還元され
てＮ２０となる。

この還元された混合ガスに酸素が除去されたＮ）＋３ガ
スが混合されてＮ２０・０２除去装置４８へ導入され、
Ｎ２０及び残存する０２が除去される。その後、白金触
媒炉６０を通過してＨ”ＣＮが生成する。

生成したＨ　”　ＣＮはアルカリトラップ６８に１〜ラ
ツプされ、他のガスは電磁バルブ７０．７４を経て廃棄
される。トラップされたＨ”ＣＮは電磁バルブ７６を開
け、電磁バルブ６４及び７０を閉じてアルカリトラップ
６８を取り外すことにより回収される。

次に本実施例装置を用いたＨ”ＣＮの生成効率を従来の
結果と比較する。

まず、第３図において電磁バルブ６２を開け、電磁バル
ブ４６及び５８を閉じてＨ２Ｃ・０２除去装置４８を使
用せずにＨ’ｌＣＮを生成した場合（従来例（１））、
Ｈ２Ｃ・０２除去装置４８は使用しないが市販の酸素源
吸着剤（Ｏｘｊｓｏｒｂ）を図の破線位置９０に挿入し
てＨ”ＣＮを生成した場合（従来例（２）’）、本実施
例によりＨ２Ｃ・０２除去装置４８を使用してＨ”ＣＮ
を生成した場合（実施例（１））、及びＨ２Ｃ・０２除
去装置４８と破線位置９０の市販の酸素源吸着剤（Ｏｘ
ｉｓｏｒｂ）とを併用してＨ’ｌＣＮを生成した場合（
実施例（２））の結果を下表に示す。いずれも）Ｉ世の
生成条件は同じであり、白金触媒炉６０に導入される反
応ガス流量２００ｍ　Ｑ１分、その反応ガス中のＮ　Ｈ
３８度５％（体積％）、白金触媒炉温度９５０″Ｃ１白
金触媒量５．４ｇ（白金線を密度２．６５ｇ／ｃｍ３の
状態で使用）であった。

この結果によれば、金属すｉ−リウム被覆体を用いた本
実施例のＨ１１ＣＮ生成効率は従来の方法より優れてお
り、しかも再現性も優れている。また、金属ナト１１ウ
ム被覆体のＴ（？　０・０２除去装置を使用すれば他の
従来の市販の酸素源吸着剤を併用させる必要がないこと
もわかる。

上記のＨ１１ＣＮ生成条件でＮＨ３（体積％）の濃度を
変化させた場合の実施例（１）と従来例（２）のＨ’ｌ
ＣＮ生成効率の結果を第４図に示す。

いずれもＮ　Ｈ３濃度の増加とともにＨ１１ＣＮ生成効
率も増加している。

ここで実用的なＨ１１ＣＮ生成効率を９０％以上とする
と、本実施例の如く金属ナトリウム被覆体により酸素源
を除去すればＮＨ３濃度が０．２％以上あれば十分とい
うことになる。

従来例（２）のように市販の酸素源吸着剤を使用した場
合でもＮＨ３濃度を１％以上にすれば実用的なＨ”ＣＮ
生成効率を示すが、上記の表にも示されているように再
現性に問題があるため更に多量のＮＨ３を加えなければ
ならない。

白金触媒炉６０の温度とＨ１１ＣＮ生成効率との関係を
第５図に示す。生成条件は白金触媒炉６０への反応ガス
流量２００ｍＱ／分、ＮＨ３濃度５％、白金量は白金線
を密度２．６５ｇ／Ｃｍ’で装填して５．４ｇであり、
これは各温度について一定とした。

この結果によれば、白金触媒炉６０の好ましい温度範囲
は８５０〜１０００°Ｃであり、最も好ましいのは９０
０〜９５０°Ｃである。

また、白金触媒炉６０の白金量もＨｌ’　ＣＮ生成効率
に影響を及ぼすことがわかった。最適白金量は白金触媒
炉６０に供給される反応ガス流量やその中のＮ　Ｈ３濃
度などの条件によって多少変動するが、例えば反応ガス
流量２００ｍＱ／分、Ｎ　Ｈ３濃度５％、炉温度９５０
°Ｃ１白金線密度２．６５ｇ／ｃｍ３の場合では、第６
図に示されるように、３．０〜２０ｇの広い範囲で一定
したＨ１’ＣＮ生成効率が得られた。白金は高価である
ので、この場合３．０ｇが最適量ということになる。

本実施例のＬ（２０−０２除去装置４８は、使用により
ＦＴ２０や０２の除去能力が低下してくると、冷却して
再びアンモニアを導入し、支持体」二のナトリウムを液
体アンモニアに溶解させた後、昇温しでアンモニアを揮
散させることによりＩ（２０・０２除去装置４８を再生
できる利点がある。

Ｈ２Ｏ−０２除去装置４８で金属ナトリウムを付着させ
る支持体の形状としては、ウール状に限らずスポンジ状
又はフィルター状など、表面積が大きく、表面積分布が
均一で、通気性のよいものを使用することができる。こ
のような支持体上に金属ナトリウムを付着させたＨり０
・０２除去装置４８は圧力損失が少ないため、大気圧に
近いような反応ガス圧力条件でも使用することができる
。

（発明の効果） 本発明によれば、支持体としてウール状等の種々の形状
のものを使用することにより種々の形状の金属ナトリウ
ム被覆体を得ることができる。

金属すトリウム髪つ−ル状等の支持体上に付着させるこ
とにより、表面積が大きく、かつ均一に分布され、ガス
精製その他の能力が向上する。

また、本発明の金属ナトリウム被覆体は通気性がよいた
めに圧力損失が少なく、大気圧近くの小さな圧力のガス
に対しても利用することができる。

また、本発明の金属ナトリウム被覆体は再生が可能であ
る。

本発明の金属ナトリウム被覆体製造方法では、液体アン
モニアに溶解する前の金属ナトリウムはその表面が多少
酸化されていてもよいので、雰囲気を不活性ガスに置換
するなどの煩雑な操作を必要とせず、また主な操作を密
閉系で行なうことができるので大気を汚染することも少
なくなる。

さらに本発明のＨ”ＣＮ製造装置によれば、高収率で、
かつ再現性よ＜Ｈｌｌ、ＣＮを製造することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図（Ａ）は本発明のＨ２Ｏ・０２除去装置の一実施
例を表わす断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のａ部の拡
大断面図、第２図は本発明の製造方法を実施する装置の
一例を示す概略断面図である。第３図は本発明のＨ１１
ＣＮ製造装置の一実施例を示す概略図、第４図はＨ”Ｃ
Ｎ製造装置の一実施例と従来例とのＨ’ｌＣＮ生成効率
の比較結果を示す図、第５図は第３図の実施例における
白金触媒炉の温度とＨ１１ＣＮ生成効率の関係を示す図
、第６図は第３図の実施例における白金触媒炉の白金触
媒量とＨ”ＣＮ生成効率の関係を示す図である。 ２・・・・・・ガラス容器、　４・・・・・・金属ナト
リウム被覆体、　６・・・・・・石英ウール、　８・・
・・・・金属ナトリウム、　　３２・・・・・・”ＧＯ
＝生成装置、　４０・・・・・・ニッケル触媒炉、　４
８・・・・・・酸素源除去手段としてのＨ２Ｏ・０２除
去装置、　　６０・・・・・・白金触媒炉。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）通気性がよく表面積の大きい支持体の表面に金属
   ナトリウムが付着していることを特徴とする金属ナトリ
   ウム被覆体。
2. （２）金属ナトリウムを液体アンモニアに溶解させ、そ
   の溶液を通気性がよく表面積の大きい支持体に接触させ
   た後、アンモニアを揮散させることを特徴とする金属ナ
   トリウム被覆体の製造方法。
3. （３）ガス導入口とガス取出し口を有する容器内のガス
   流路中に、通気性がよく表面積の大きい支持体の表面に
   金属ナトリウムが付着した金属ナトリウム被覆体が装填
   されていることを特徴とするＨ＿２Ｏ・Ｏ＿２除去装置
   。
4. （４）＾１＾１ＣＨ＿４を含むガスにＮＨ＿３を混合さ
   せた混合ガス中の酸素源を、通気性がよく表面積の大き
   い支持体の表面に金属ナトリウムが付着した金属ナトリ
   ウム被覆体により除去する酸素源除去手段を備えたこと
   を特徴とするＨ＾１＾１ＣＮ製造装置。