固体内酸素イオン伝導を利用したメタン酸化用メンブレン反応器の開発

利用固体氧离子传导的甲烷氧化膜反应器的开发

基本信息

批准号：
08229210
负责人：
藤元薫
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

酸素イオン導電性と電子伝導性を兼ね備えた酸化物より作製したメンブレンを用い、メタンの酸化反応と酸素の活性化の反応場を分離することにより、メタンの酸化カップリング反応による選択的C_2炭化水素合成を目指す。本研究では、高い酸素イオン導電性を持つ複Sr-Co複合酸化物系をベースにメンブレン材料の物性制御(他の金属イオン添加、表面処理など)を行い、選択的メタン酸化カップリング用触媒メンブレン反応場システムの開発を目的とした。本研究においては、SrCoO_<2.5>酸化物系をベースにメンブレン材料の調製を行い、固体床流通式反応装置を用いたメタン-空気交互供給反応によりメタンと格子酸素イオンの反応性及び選択性を評価したところ、活性及び選択性が酸化物の焼成温度に大きく依存することを見出し、1223K焼成ではC_2炭化水素生成の選択率(>90%)は非常に高いものの、1443K焼成では選択性の大きな低下(35%程度)が観測された。また一方で、これらの物質を用いて作製したメンブレン反応器における選択性は、30%程度であった。このことから、固定床流通式反応装置を用いたメタン-空気交互供給反応がメンブレン反応器における選択性とよく対応するとは分かったものの、膜材料への加工の際の高温焼成により炭化水素生成の選択性が大きく減少することが分かった。そこでメンブレン材料の表面上に、メタンの酸化カップリング反応においてレドックス反応機構で進行することが知られているマンガン酸化物を担持したところ大きな担持効果が観測され、C_2炭化水素収率で約4倍程度にまで増加した。このような表面修飾によりメンブレンの高機能化が可能であることが分かった。

利用同时具有氧离子传导性和电子传导性的氧化物制成的膜，可以将甲烷氧化反应和氧气活化的反应场分开，从而通过甲烷氧化偶联反应选择性地转化C_2烃以进行合成。在本研究中，我们将基于具有高氧离子电导率的双Sr-Co复合氧化物体系，控制膜材料的物理性质（其他金属离子的添加、表面处理等），打造选择性甲烷催化膜。目的是开发反应场系统。在本研究中，我们制备了基于SrCoO_<2.5>氧化物体系的膜材料，并利用固体床流动反应器通过甲烷-空气交替供给反应研究了甲烷和晶格氧离子的反应活性和选择性。我们发现活性和选择性高度依赖于氧化物的煅烧温度，并发现虽然在1223K煅烧中C_2烃形成的选择性非常高（>90%），但在1443K煅烧中选择性显着下降（35%）观察到煅烧程度。另一方面，使用这些材料制造的膜反应器的选择性约为 30%。由此可知，使用固定床流动反应器的甲烷-空气交替供给反应与膜反应器的选择性相当一致，但在加工成膜材料时的高温煅烧减少了碳氢化合物的生成。选择性大大降低。因此，当已知在甲烷的氧化偶联反应中通过氧化还原反应机理进行的氧化锰负载在膜材料表面时，观察到很大的负载效果，C_2烃收率约为4倍。有一定程度的提高。发现通过这种表面修饰可以使膜高度功能化。