Ni nanoparticle-encapsulated zeolite catalyst enabling thermodynamic equilibrium overcoming in methane reforming reaction

镍纳米颗粒封装的沸石催化剂能够克服甲烷重整反应中的热力学平衡

• 批准号: 21H01700
• 负责人: 多湖 輝興
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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-21H01700/
• 关键词: ゼオライト内包金属触媒; メタンドライ改質; 合成ガス; Ni触媒; 炭素析出抑制; ゼオライト内包Ni微粒子触媒; Niフィロシリケート; シンタリング抑制; MFIゼオライト; Betaゼオライト; 金属微粒子内包; ゼオライト; メタン改質; 二酸化炭素; Silicalite-1; 金属微粒子触媒; 多孔質触媒

令和4年度(2022年度)は，炭素析出抑制能の向上として，Ni@Silicalite-1の開発，およびCoとNiの複合微粒子化を実施した．Coは二酸化炭素の活性化と固体炭素の部分酸化能に優れる．そこで，ゼオライト合成母液に投入する金属源として，Ni@Silicalite-1へのCoの含侵担持と併せて，アモルファスシリカ上にNi-PSとCo-PSを固定化した(Ni-PS+Co-PS)/SiO2を前駆体とした触媒調製法により，CoとNiの複合粒子を内包した，Co-Ni@Silicalite-1の調製に成功した． DRM反応試験としては，炭素析出が顕著となる600℃にて触媒性能を評価した．その結果，Coの添加量により触媒活性の低下が観察され，高活性と炭素析出抑制には，ナノ粒子状態のNi粒子の内包構造が需要であることを明らかにした．高活性化のために，触媒調製法がNi微粒子の内包構造形成に及ぼす影響を明確化した．具体的には，Ni源とNi固定化状態，およびNi担持量の影響の解明である．XAFS測定により，Ni内包構造の形成にはフィロシリケート構造でSilicalite-1構造内に内包されることが重要であることを明らかにした．Ni担持量の影響は，メタンの二酸化炭素改質反応（DRM反応）試験により検討した．原料ガス比CO2/CH4=1.0，反応温度600℃と850℃とした．その結果，反応前後の触媒のNi粒子サイズは約5nm程度であり，シンタリングが抑制されていることを確認した．Ni担持量としては0.5～2.0wt%まではNi微粒子の内包と炭素析出抑制が可能であり，これ以上のNi担持量では，一部のNi微粒子がゼオライトの外上面に固定化され，炭素析出が顕著になることが明らかとなった．

2022年，我们开发了Ni@Silicalite-1，将Co和Ni制成细颗粒，以提高抑制碳析出的能力。 Co具有优异的活化二氧化碳和部分氧化固体碳的能力。因此，我们将Ni-PS和Co-PS固定在无定形二氧化硅上（采用PS催化剂制备方法成功制备了含有Co和Ni的复合颗粒的Ni-PS+Co-Co-Ni@Silicalite-1）/SiO2作为载体。前驱。在DRM反应测试中，催化性能在600℃下进行评估，此时碳沉淀变得明显。结果，观察到催化活性根据Co添加量而降低，并且清楚的是，为了高活性和抑制碳析出，需要纳米颗粒状态的Ni颗粒的包封结构。为了实现高活化，我们阐明了催化剂制备方法对Ni细颗粒包封结构形成的影响。具体来说，我们将阐明 Ni 来源、Ni 固定状态和 Ni 负载量的影响。 XAFS 测量表明，将 Ni 封装在层状硅酸盐结构中的 Silicalite-1 结构中对于形成 Ni 封装结构非常重要。使用甲烷二氧化碳重整反应（DRM反应）测试研究了Ni负载量的影响。原料气体比CO2/CH4为1.0，反应温度为600℃和850℃。结果，反应前后催化剂的Ni粒径约为5nm，证实烧结受到抑制。当Ni负载量为0.5～2.0wt％时，可以包封Ni微粒，抑制碳析出。如果Ni负载量高于此，则一些Ni微粒被固定在外部上表面上。很明显，发生了沸石和碳沉淀。

项目成果

Effect of hydrothermal temperature on the structure of Ni@silicalite-1 from Ni phyllosilicate and its catalytic performance for dryreforming of methane

水热温度对Ni层状硅酸盐Ni@silicalite-1结构的影响及其对甲烷干重整的催化性能

• 发表时间: 2022
• 作者: Yusheng Zhang;Ryota Takahashi;Yasutomo Iizuka;Hiroyasu Fujitsuka;Kentaro Kimura;Teruoki Tago
• 通讯作者: Teruoki Tago

Development of Silicalite-1-encapsulated Ni nanoparticle catalyst from amorphous silica-coated Ni for dry reforming of methane: Achieving coke formation suppression and high thermal stability

• DOI: 10.1016/j.jcou.2021.101707
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: Journal of CO2 Utilization
• 影响因子: 7.7
• 作者: Hiroyasu Fujitsuka;Takahito Kobayashi;T. Tago

カーボンニュートラルを目指す最新の触媒技術

旨在实现碳中和的最新催化剂技术

• 发表时间: 2022
• 作者: Narumi Yano;Junichi Sakabe;Takuya Kawanishi;Hirohisa Uchida;Atsushi Fukuoka;多湖輝興，藤墳大裕
• 通讯作者: 多湖輝興，藤墳大裕

Synthesis of Silicalite-1-encapsulated Ni nanoparticle catalyst from Ni phyllosilicate for dry reforming of methane

以镍层状硅酸盐为原料合成Silicalite-1包覆镍纳米颗粒催化剂用于甲烷干重整

• 发表时间: 2022
• 作者: Yusheng Zhang;Ryota Takahashi;Hiroyasu Fujitsuka;Teruoki Tago
• 通讯作者: Teruoki Tago

フィロシリケートを前駆体とした金属微粒子内包ゼオライト触媒

以层状硅酸盐为前体的含有金属微粒的沸石催化剂

• 发表时间: 2022
• 期刊: セラミックス
• 作者: Yu-An Chien ; Chun-Yi Chen ; Masato Sone ; Tso-Fu Mark Chang;多湖輝興，藤墳大裕
• 通讯作者: 多湖輝興，藤墳大裕