固体塩基触媒上でのアンモニアによる二酸化炭素固定化反応

固体碱催化剂上二氧化碳与氨的固定反应

• 批准号: 21K04778
• 负责人: 竹内 雅人
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04778/
• 关键词: 固体塩基触媒; 酸化マグネシウム; 酸化カルシウム; 熱分解; アンモニア; 二酸化炭素; イソシアン酸; 水酸化マグネシウム; シアナミド; 二酸化炭素固定化; 赤外分光法

本申請研究では、地球温暖化の原因物質の一つとされる二酸化炭素の削減を目的として、固体塩基触媒を用いてNH3によるCO2の固定化反応を検討している。2021年度の研究では，酸化マグネシウム（MgO）に300℃以上でCO2とNH3を作用させると，主としてイソシアン酸（H-N=C=O）が生成することを見出した。この結果を受け、2022年度は、MgOよりも塩基性の高い酸化カルシウム（CaO）を用い、同反応におよぼす触媒表面の塩基強度との関連性について検討した。市販のCa(OH)2を錠剤成型し，加熱およびガス流通が可能な拡散反射測定ユニットにセットした。前処理としてCa(OH)2を600 ℃で加熱することでCaOを得た。次に，触媒温度を300～600℃に設定し，まずCO2を流通させた（30 cc/min）。次に，同温度のままNH3（1 %，Ar希釈）流通に切り替えた（2cc/min）。各気体の流通過程において，FT-IRスペクトルを拡散反射法にて測定した。Ca(OH)2の熱分解により調製したCaOを反応温度にまで下げる際、500℃以下になると空気中のCO2を吸着しCaO表面に少量であるがCaCO3の生成が確認された。ここにCO2を流通させるとCaCO3の吸収が増加した。この後、NH3流通に切り替えても500℃以下ではN=C=O結合に基づく吸収（2193 cm-1付近）はほとんど観測されなかった。しかし、CaCO3の熱分解が進行する600℃以上でCO2、次いでNH3を流通させるとわずかであるがイソシアン酸のN=C=O結合に基づく吸収が観測された。これらの結果から、MgOよりも塩基性の高いCaOを触媒に用いると、CO2吸着により安定なCaCO3が生じ、この炭酸塩の熱分解が進行する600℃以上でNH3を作用させないとCO2の還元反応が進行しないことを明らかにした。

在这项拟议的研究中，我们正在研究使用固体碱催化剂的NH3的CO2固定反应，目的是减少二氧化碳，二氧化碳被认为是全球变暖的原因之一。 2021年的研究发现，氧化镁（MgO）在300℃以上的温度下接触CO2和NH3时，主要生成异氰酸（H-N=C=O）。基于这一结果，在2022财年，我们使用比MgO碱性更强的氧化钙（CaO）来研究催化剂表面的碱性强度与反应之间的关系。将市售的 Ca(OH)2 模制成片剂并置于能够加热和气流的漫反射测量装置中。 CaO是通过将Ca(OH)2在600℃下加热作为预处理而获得的。接下来，将催化剂温度设定为300～600℃，首先流通CO 2 (30cc/min)。接下来，在相同温度(2cc/min)下将流切换至NH3(1％，Ar稀释)。在每种气体的流动过程中，采用漫反射法测量FT-IR光谱。当Ca(OH)2热分解制备的CaO的反应温度降至500℃以下时，空气中的CO2被吸附，并在CaO表面形成少量CaCO3。当CO2在此循环时，CaCO3的吸收增加。即使切换到 NH3 流后，在 500°C 以下也几乎没有观察到基于 N=C=O 键（约 2193 cm-1）的吸收。然而，当在 600°C 以上的温度下通入 CO2，然后通入 NH3 时，CaCO3 发生热分解，观察到基于异氰酸的 N=C=O 键的少量吸收。这些结果表明，当使用比 MgO 碱性更强的 CaO 作为催化剂时，通过吸附 CO2 会生成稳定的 CaCO3，并且除非在 600°C 以上的温度下与 NH3 作用，此时该碳酸盐会发生热分解，否则CO2 还原反应将发生，表明它没有进行。

项目成果

Near-infrared Observation of Mg(OH)2 dehydration and MgO hydration

Mg(OH)2脱水和MgO水合的近红外观察

• 发表时间: 2021
• 作者: Masato Takeuchi;Atsushi Kondo;Ryo Kurosawa;Junichi Ryu
• 通讯作者: Junichi Ryu

酸塩基両機能性を有するZrO2触媒上でのNH3によるCO2固定化反応の赤外分光分析

酸碱双功能ZrO2催化剂上NH3固定CO2反应的红外光谱分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 前川瑠里;松岡雅也;竹内雅人
• 通讯作者: 竹内雅人

酸化マグネシウム触媒上でのNH3によるCO2固定化反応

氧化镁催化剂上的 CO2 与 NH3 的固定反应

• 发表时间: 2021
• 作者: M. Sheng;S. Yamaguchi;A. Nakata;S. Yamazoe;K. Nakajima;J. Yamasaki;T. Mizugaki;T. Mitsudome;竹内雅人・近藤篤史・松岡雅也
• 通讯作者: 竹内雅人・近藤篤史・松岡雅也

固体塩基触媒上でのNH3とCO2によるイミド生成

在固体碱催化剂上与 NH3 和 CO2 形成酰亚胺

• 发表时间: 2022
• 作者: 竹内雅人;近藤篤史;松岡雅也
• 通讯作者: 松岡雅也

近赤外分光法によるゼオライトへの水吸着ダイナミクス観測

利用近红外光谱观察沸石上的水吸附动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: 竹内雅人;松岡雅也
• 通讯作者: 松岡雅也