次世代プロトン伝導性固体酸化物セルを用いたプロピレン製造と二酸化炭素資源化

使用下一代质子传导固体氧化物电池进行丙烯生产和二氧化碳资源回收

• 批准号: 22KF0309
• 负责人: 山崎 仁丈
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0309/
• 关键词: プロトン伝導性膜型反応器; プロパン脱水素化反応

本年度は、プロパンの脱水素化反応と二酸化炭素還元反応を同時に起こす、プロトン伝導性電解質を用いた膜型反応器を評価するため、二酸化炭素、水素、アルゴン混合ガスをガス組成を制御できるガス配管を整備した。さらに、カソード支持型の膜型反応器合成プロセスを開発し、整備した装置と合成したセルを用いたプロピレンの脱水素化特性評価に取り組んだ。プロパンの脱水素化反応に比較的高い性能を示すPt/Nb2O5触媒を用いた膜型反応器を評価した結果、300～600℃の温度域において、アノードでプロパンが熱分解し、メタン、エチレン、プロピレンおよび水素を生じることが分かった。また、電流掃引によりカソードへプロトンをポンプしたところ、プロパン濃度が減少し、メタン、エチレン、プロピレン濃度が増加した。これは、水素をカソードへポンプすることで、反応駆動力が増加し、プロパン分解反応が促進されたものと考えられる。また、本反応器は100時間安定に動作することを確認でき、アノード反応を安定的に生じる反応器となっていることを確認した。カソードにで生じるCO2還元触媒の取り組みとして、Ni-電解質サーメット電極にその場赤外吸収分光法を適用し、反応中間体生成を評価した。吸着CO2分子、表面OH基に加えて、CO中間体およびC-H結合に由来するピークが観測され、高温はCO種が低温ではC-H結合が主な中間体であることが分かった。

今年，为了评估使用质子传导电解质同时引起丙烷脱氢反应和二氧化碳还原反应的膜反应器，我们将安装可以控制二氧化碳、氢气混合气体的气体组成的气体管道。 ，并保持氩气。此外，我们开发了阴极支撑膜反应器合成工艺，并利用所准备的设备和合成的电池来评估丙烯脱氢特性。对使用在丙烷脱氢反应中表现出较高性能的Pt/Nb2O5催化剂的膜反应器进行评估的结果发现，丙烷在300至600℃的温度范围内在阳极处热分解，产生甲烷，乙烯，被发现产生丙烯和氢气。此外，当使用电流扫描将质子泵送到阴极时，丙烷浓度降低，而甲烷、乙烯和丙烯浓度增加。这被认为是因为将氢气泵送到阴极增加了反应驱动力并促进了丙烷分解反应。另外，证实该反应器稳定运行100小时，证实其是稳定地产生阳极反应的反应器。作为减少阴极产生的二氧化碳的一种方法，我们将原位红外吸收光谱应用于镍电解质金属陶瓷电极，以评估反应中间体的形成。除了吸附的 CO2 分子和表面 OH 基团之外，还观察到源自 CO 中间体和 C-H 键的峰，表明 CO 物种是高温下的主要中间体，而 C-H 键是低温下的主要中间体。