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。

使用由氧化物制成的膜结合了氧离子电导率和电子电导率，我们旨在通过将甲烷氧化和氧气活化的反应场分开反应场来选择性地合成C_2烃。这项研究旨在通过控制具有高氧气电导率的多SR-CO氧化氧化物系统，以控制膜材料的物理特性（来自其他金属离子，表面处理等）来开发催化膜反应场系统，以控制甲烷氧化偶联（来自其他金属离子，表面处理等）。在这项研究中，我们根据SRCOO_ <2.5>氧化物系统制备了膜材料，并通过使用固体床流动反应器交替进行甲烷 - 空气供应反应来评估甲烷和晶格氧离子的反应性和选择性。我们发现活性和选择性在很大程度上取决于氧化物的钙化温度。尽管C_2碳氢化合物形成的选择性（> 90％）在1223K钙化时非常高，但在1443K钙化时，在钙化时观察到了重大降低（约35％）。另一方面，使用这些物质制成的膜反应器的选择性约为30％。这表明，使用固定床流动反应器交替交替的甲烷 - 空气供应反应很好地对应于膜反应器中的选择性，但是发现在加工到膜材料中的高温钙化可显着降低烃形成的选择性。因此，已知通过甲烷氧化偶联反应中的氧化还原反应机理进行的锰氧化物被携带在膜材料的表面上，并观察到了较大的支撑效应，从而将C_2碳氢化合物产量增加到约四倍。已经发现，这种表面修饰可以改善膜的功能。