メタンと二酸化炭素を原料とした電場印加触媒反応の反応機構・伝導機構の解明
【研究分野】触媒・資源化学プロセス
【研究キーワード】
メタン / 二酸化炭素 / 合成ガス製造 / 低温触媒反応 / メタン炭酸ガス改質 / レドックス / 電場印加反応場 / 表面プロトニクス / 表面酸素欠陥 / CO2活性化 / 低温駆動触媒反応 / メタン転換 / 低炭素析出 / 二酸化炭素利用 / 電場触媒反応 / 触媒反応の低温化
【研究成果の概要】
メタン炭酸ガス改質による合成ガス製造を低温で炭素析出なく進めるための高性能触媒プロセスを検討した。Laを一部置換したZrO2にNiを担持したNi/La-ZrO2触媒を用いることによって、表面プロトニクスと担体の格子酸素を介したレドックス機構の相乗効果で低温で本系が進行することを種々のkinetic実験により明らかにした。
また本系の応用展開として、さらに酸素と水を添加したメタンTri-reformingにおいて、Mgを添加したNi-Mg/La-ZrO2触媒を用いることで低温で反応が進行し、高い改質選択率を示した。Ni-Mg固溶体の形成により燃焼が抑制されることを明らかにした。
【研究の社会的意義】
種々の合成ガス製造の中でメタン炭酸ガス改質(DRM)は温室効果ガスであるCH4とCO2を原料とするため魅力的なプロセスである。しかしCH4とCO2は、その反応性の低さゆえに高い転化率を得るには高温を要するため、高温による触媒劣化や炭素析出による反応管閉塞等の問題により実用化が困難であった。電場を用いた低温触媒反応によって熱力学的に炭素析出を抑制することができ、触媒へのダメージも軽減できることから、メタン炭酸ガス改質のプロセス化の大きなヒントになる。さらに本研究で種々の速度論解析・キャラクタリゼーションを行ったため、プロセス化の更なるきっかけになると考えられる。
【研究代表者】
【研究種目】研究活動スタート支援
【研究期間】2017-08-25 - 2019-03-31
【配分額】2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)