(57)【要約】【課題】アンモニアと水の混合物からアンモニアを分離する方法であって、有機溶媒や電解質などの特別の化合物を必要とせず、簡易な構成でアンモニアを分離する方法を提供する。【解決手段】   本発明は、氷核タンパク質や、氷核活性部分のアミノ酸配列を参考に人工合成したペプチドなどの、水に親和力を有し、水分子を分子表面に、捕捉または保持または配列する能力を有する材料を、アンモニアと水が混在する気相または液相に接触させ、アンモニアの沸点以上の温度条件でアンモニアを気化することにより、アンモニアと水を分離する。分離に用いて、水を捕捉した材料については、余熱や空気流などを利用して、表面に捕捉または保持または配列した水分子を、蒸散させることにより、アンモニアと水の分離に再利用する。 【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアと水を分離する方法であって、水に親和力を有し、水分子を分子表面に、捕捉または保持または配列する能力を有する材料を用いて、アンモニアの沸点以上の温度条件でアンモニアを気化することにより、アンモニアと水を分離することを特徴とするアンモニアと水の分離方法および、その分離方法を用いたシステム。
【請求項２】
請求項１のシステムであって、表面に捕捉または保持または配列した水分子を、加熱処理による蒸散あるいは余熱や空気流などを利用して蒸散させることにより、アンモニアと水の分離を繰り返し行うことを特徴とするアンモニアと水の分離システム。
【請求項３】
請求項１の分離方法またはシステムに用いる材料が、氷結晶の核となる氷核活性を有するタンパク質または、そのタンパク質の氷核活性の氷核活性部分を保持したペプチドであることを特徴とするアンモニアと水の分離の方法および、その分離方法を用いたシステム。
【請求項４】
請求項１の分離方法またはシステムに用いる材料が、水分子を捕捉することができるポリアクリルアミドなどの高分子吸収材料であることを特徴とするアンモニアと水の分離の方法および、その分離方法を用いたシステム。
【請求項５】
請求項１の分離方法またはシステムに用いる材料が、ヨウ化銀などの氷結晶の核となる氷核活性を有する化合物を含有した無機物または、ヨウ化銀などの氷結晶の核となる氷核活性を有する化合物を含有した無機物と請求項３の材料との混合物、または、ヨウ化銀などの氷結晶の核となる氷核活性を有する化合物を含有した無機物と請求項４の材料との混合物、または、ヨウ化銀などの氷結晶の核となる氷核活性を有する化合物を含有した無機物と請求項３の材料と請求項４の材料との混合物であることを特徴とするアンモニアと水の分離の方法および、その分離方法を用いたシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアと水の分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンモニアは工業スケールで生産され、主に化学工業の窒素源として多面的に利用されているが、今後は水素源としての利用可能性が考えられる。
【０００３】
アンモニアは、水に高濃度に溶解するので、アンモニアを利用する場所までアンモニアを運搬輸送し、また、アンモニアを利用する時間までアンモニアを保管・貯留することにおいては、アンモニア水として取り扱うこともできる。
【０００４】
アンモニアを水素源として利用するためには、電極反応や触媒反応を利用して、窒素と水素に分解する必要があるが、電極反応場や触媒反応場で水が存在すると分解活性を妨害するなどの問題がある。
【０００５】
例えば、家庭や自動車などの移動体を対象として、アンモニアを水素源として利用する場合には、アンモニアと水との分離方法は、軽量で、小型なシステムが求められ、簡便なアンモニアと水の分離方法が必要である。
【０００６】
アンモニアと水を分離する方法としては、特公平７−４２１０２号公報に例示されているように、イオン交換体を利用してアンモニアをイオンとして吸着・回収する方法があるが、アンモニアをイオン交換体から分離する為に、別途、アンモニアよりもイオン交換体に吸着力・親和力が強い化合物が必要であり、また、そのイオン交換体を再度、アンモニアを吸着できる状態にするためには、また、別途の化合物が必要であり、簡便な方法ではない（特許文献１）。
【０００７】
別のアンモニアと水を分離する方法として、特許２６６２２６５号公報に例示されているように、アンモニアを吸着する材料を用いてアンモニアを回収する方法があるが、アンモニアの脱離回収のために、また、材料の再利用のために、３００℃以上の高温雰囲気を必要とするため、簡便な方法ではない（特許文献２）。
【０００８】
別のアンモニアと水を分離する方法として、特開２００１−３１６１１０号公報に例示されているように、アンモニア吸収材として有機溶媒を用い、その有機溶媒を蒸留することによりアンモニアを回収しているが、有機溶媒を用いることや蒸留の機構が必要であり、簡便な方法ではない（特許文献３）。
【０００９】
電気化学反応によりアンモニアを分離する方法として、特開２００７−５４７６７号公報に例示されているが、電気化学反応に必要な電気供給が必要であり、また、反応槽を通電可能な状態にするために、電解質を含むことが必要であり、簡便な方法ではない（特許文献４）。
【００１０】
アンモニアと水の分離方法に関しては、公知の技術は、アンモニアとの親和性を利用した技術であって、水への作用面を利用した方法はみあたらない。
【００１１】
水に対する親和性を持つ材料として、氷核活性物質と総称される、水が氷の結晶になるための核になる作用を持つ物質が知られている。
【００１２】
氷核となる作用のある物質としては、ヨウ化銀や、農産物に霜被害を与える氷核活性微生物が知られている。
【００１３】
氷核活性微生物には、エルウィニィア属またはシュードモナス属に分類される氷核活性細菌が知られているが、この細菌が、氷の核になる作用を有する氷核タンパク質を作っていることが知られている（非特許文献１）。
【００１４】
例えば、P s e u d o m o n a
s s y r i n g a e由来の氷核タンパク質は約1
2 0 0個のアミノ酸からなる高分子であるが、特徴的な繰返しアミノ酸配列を保持しており、このアミノ配列が氷核活性を発揮する部位と考えられている（
非特許文献２） 。
【００１５】
氷核の作用は、氷核作用のある分子の表面に水分子を捕捉、保持、配列することで、結晶化を促進していると考えられている。
【００１６】
他に、水に対する親和力のある材料としては、高分子吸収材など水分子を保持する能力が優れている物質が知られており、自重の数百倍の重量の水を保持するものであり、水の吸収材として生産利用されている。
【００１７】
水の吸収材は、水の吸収材を構成する分子の表面に水分子を捕捉、保持することにより、効率よく水を吸収保持するものである。
【特許文献１】特公平７−４２１０２号公報
【特許文献２】特許２６６２２６５号公報
【特許文献３】特開２００１−３１６１１０号公報
【特許文献４】特開２００７−５４７６７号公報
【非特許文献１】佐藤守，遺伝４２巻，３０−３４頁，１９８８年
【非特許文献２】H e w C . L . an d Y a n g D . S . C . , 1 9 9 2 . E u r . J . B i o c h e m . 2 0 3 : 3 3 - 4 2
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
アンモニアと水の分離方法であって、簡便な分離方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、水に親和力を有し、水分子を分子表面に、捕捉または保持または配列する能力を有する材料を、アンモニアと水が混在する気相または液相に接触させ、アンモニアの沸点以上の温度条件でアンモニアを気化することにより、アンモニアと水を分離する方法と、その方法を用いたシステムである。
【００２０】
本発明は、余熱や空気流などを利用して、表面に捕捉または保持または配列した水分子を、蒸散させることにより、アンモニアと水の分離を繰り返し行うことを特徴とするアンモニアと水の分離システムである。
【００２１】
本発明では、加熱処理により、表面に捕捉または保持または配列した水分子を、蒸散させることにより、アンモニアと水の分離を繰り返し行うことができる。
【００２２】
本発明は、水に親和力を有し、水分子を分子表面に、捕捉または保持または配列する能力を有する材料として、氷核活性を有する物質を用いてシステムを構成する。
【００２３】
氷核活性を有する物質としては、氷核タンパク質や、氷核タンパク質を保持している微生物を用いることができる。
【００２４】
また、氷核活性を有する物質としては、氷核タンパク質の氷核活性の機能を保持している部分を、人工的に合成したペプチドまたは、ペプチド誘導体を用いることができる。
【００２５】
さらに、水に親和力を有し、水分子を分子表面に、捕捉または保持または配列する能力を有する材料として、アクリルアミドゲルなどの高分子吸収材類の水吸収材用いることができる。
【００２６】
氷核タンパク質や、その氷核活性の機能部分を人工合成したペプチドは、温度条件で立体構造が変化するものであって、５０℃から１００℃、望ましくは８０℃から１００℃の温度条件で、立体構造を変化させることにより、水への親和性が低くなるように変化させて、水の蒸散を効率よくすることができる。
【００２７】
さらに、氷核タンパク質や、その氷核活性の機能部分を人工合成したペプチドは、５０℃から１００℃の温度条件で水を蒸散させた後、温度を下げることにより、再度、立体構造が変化し、水への親和力が高くなるように変化させて、水とアンモニアの分離に、再利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の例示を以下に示すが、例示のプロセスフローに限定されるものではない。
【実施例１】
【００２９】
図１に示すとおり、水に親和力を有する材料として氷核タンパク質または氷核タンパク質の氷核活性部分のアミノ酸配列を参考にして、人工合成したペプチドを用いる。
【００３０】
アンモニアと水の混合物は、水に親和力を有する材料としての氷核タンパク質・ペプチドに接触して、水分子が氷核タンパク質・ペプチドに捕捉され、混在していたアンモニアは気化して分離される。
【００３１】
水分子を捕捉した氷核タンパク質・ペプチドは、余熱などを利用して加温され、その立体構造を変化させて、水分子への親和性を変化させることにより、氷核タンパク質・ペプチドに捕捉されていた水分子が、氷核タンパク質・ペプチドの表面から放出される。
【００３２】
水分子を放出した氷核タンパク質・ペプチドは、温度を下げて、立体構造を元の構造に戻し、アンモニアと水の分離操作に再利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の分離方法・システムを示した説明図である。
【図１】
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