Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

NO還元 / ゼオライト触媒 / 鉄触媒 / 耐水蒸気性 / ZSM-5 / 触媒調製法 / 酸処理 / メタン / 窒素酸化物 / 鉄の添加効果 / イオン交換法 / 含浸 / 選択還元 / NO_x / Ir触媒 / メソポーラス / シリカライト / BEA / NOx / ゼオライト / SOx / 細孔径 / ディーゼル排ガス / 窒素酸化物除去 / 機能複合 / 水熱安定性 / ディーゼルエンジン / 耐硫黄化合物被毒 / パラジウム / イリジウム

Pd/ZSM-5触媒はCH_4によるNO還元反応(NO-CH_4-SCR)に対して酸素過剰、水蒸気存在下においても高い活性を示し、CH_4を主成分とする天然ガス希薄燃焼用触媒として期待されているが、水熱条件下における耐久性に課題を残す。その弱点を克服する可能性の一つとして、第二成分の添加があり、既往の研究においてPd/ZSM-5にCoなどの遷移金属を第二成分として添加することで耐久性が向上することが報告されている。本研究は第二成分としてFeを添加し、それによるNO還元活性や耐久性の変化について検討することを目的とした。
Pd/ZSM-5、PdFe/ZSM-5、Fe/ZSM-5を調製し、NO還元活性試験を行った。イオン交換法を用いてFeとPdを担持した。NO還元活性試験には常圧固定床流通式反応装置を用いた。
まず、Pd/ZSM-5とPdFe/ZSM-5のNO還元活性、CH_4酸化活性の経時変化を検討した。PdFe/ZSM-5は初期NO転化率55.2%を示し、Pd/ZSM-5での42.2%よりも優れていた。触媒の耐久性やCH_4酸化活性に大きな変化は見られなかった。また、NO還元活性とCH_4酸化活性の経時変化が一致しないことから、NO還元とCH_4酸化は異なった活性点で起こっていることが示唆された。次に、Fe/ZSM-5のNO還元活性、CH_4酸化活性の経時変化について検討した結果、NO還元活性、CH_4酸化活性ともにみられなかった。これらの結果からFeがNO-CH_4-SCRにおいて、Fe自体はNO-CH_4-SCR活性を有さないが、反応の一部において活性点となっている可能性、あるいは、Fe自体は何の効果ももたずFeイオン交換時のpHなどによってPdの担持状態が変化している可能性が考えられる。
そこでFeを添加せず、酸処理を行ったPd/ZSM-5のNO還元活性試験を行った。その結果、酸処理を行った触媒は行わなかったものと比較すると、初期NO還元活性は約40%と変わらず、耐久性が低下するという結果となった。また、pH1.8にて酸処理を行ったものはpH0.49、pH3.1で行ったものと比べ耐久性が低かった。以上の結果からPdFe/ZSM-5にみられるNO還元活性の向上は触媒調製時のpHによる影響ではなく、Feの添加効果のためであると考えられる。HC種がCH_4である時はNO還元能を示さなかったFe/ZSM-5だが、iso-C_4H_<10>を還元剤としたNO選択還元に対して活性を有することが報告されている。このことから、Fe/ZSM-5は活性化されたC種が存在すればNOを還元する能力があるのではないかと考えられる。

ゼオライト / 金属錯体 / センサー / NO_x / 環境 / 配位 / 配位子 / 薄膜 / NOx

本研究では一酸化窒素NOが、ある種の金属錯体に特異的に配位結合する性質を利用し、配位に基づく色の変化を検出することによる、高選択性NOセンサーの開発することを目的とした。具体的にはゼオライト中のナノ空間中に金属錯体を、その場合成により閉じ込めることに基づく、新しい概念のセンサーを提案する。
第一年度はイオン交換と錯体形成に関する検討を中心に行い、骨格をファジャサイト型ゼオライト、配位子をEDTA、中心金属をコバルト、対象ガスをNOに規定することができた。そこで、第二年度においてはセンシング実験を中心とした検討を中心に行った。流通系の装置を作製し、上述のサンプルを調製後ガラス管に充填し、前処理を行った後にNOガスを導入した。その際の固体粒子の変化をUV-vis領域においてin-situで分光測定を行った。配位子のない場合の検討から、ガス中に含まれる水分を十分除去すれば、数分という実用上問題のない速度で300-450nmにNO吸着に基づく吸光度の変化が確認できた。この領域での変化は目視によっても確認でき、また水の吸着に基づく色変化とは分離できた。NO濃度によっては、吸光度も変化し、定量分析が可能であった。しかしながら、水が共存する場合には、応答速度が著しく低下した。そこで、EDTAを配位したところ、水の存在下でも比較的短い応答時間で測定することができた。金属錯体の導入量を増加させることにより、気相中のNO濃度をセンサーの色変化として、目視により測定することも可能になるものと思われる。

ゼオライト / 水晶 / センサー / 分子ふるい / 薄膜 / NOx / SO_2 / イオン交換 / 水熱合成 / モレキュラーシ-ヴ

本研究の目的は水晶基板表面にモレキュラーシ-ヴ機能を有するゼオライト薄膜を直接製膜することにより、高温下でも高度な選択性が期待できる新しいNOx、SO2センサーを開発することである。このような高機能材料を創製することができれば、発電ボイラー、燃焼炉自動車エンジンの排ガスの情報を燃焼系に即座にフィードバックすることができるので、省エネルギー、環境への負荷の低減の両面で画期的な貢献が期待される。本研究は、21世紀の人類の存続の根幹に関わる「地球環境問題」の解決の重要な一端を担うものであると考える。
まずZSM-5を水晶基板表面に薄膜化した。水熱合成条件中に水晶基板を導入することにより、基板上での薄膜化を検討を行った。合成時間,合成容液中のSiやH2O濃度やテンプレート剤の種類など、合成条件を種々検討し、本研究で購入したX線解析装置、走査電子顕微鏡で評価を行った。この結果、配向膜を合成可能な条件、結晶サイズを制御可能な条件を見出した。水晶基板上にAu-Cr電極を作製した後に、製膜を行い、センサーを構築した。なおセンサーとしての評価に際し、コンピューター制御のセンサーシステムを構築した。製膜後、有機物を焼成除去してから、銅でイオン交換を行い、センシングテストに用いたところ、100ﾟCでNOの検出に成功した。
さらにY型ゼオライトの合成条件を探索し、単相の薄膜可能な条件を確定した。この系では150ﾟCでSO2の検出が可能であった。

【研究分担者】
松方正彦	早稲田大学	理工学部	教授	(Kakenデータベース)
小倉賢	日本学術振興会	特別研究員
野村幹弘	早稲田大学	理工学部	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
原野安土	群馬大学	工学部	講師	(Kakenデータベース)
山下敏	東京ガス	フロンティアテクノロジー研究所	主任研究員