ナノ複合反応場をもつ触媒によるメタンの自熱的リフォーミング活性の制御

纳米复合反应场催化剂控制甲烷自热重整活性

• 批准号: 13126216
• 负责人: 岸田 昌浩
• 金额: $ 6.72万
• 依托单位: Kyushu University
• 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: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13126216/
• 关键词: シリカ被覆ナノ粒子; ニッケル触媒; メタン部分酸化反応; メタン自熱的改質反応; 低温高活性; 耐酸化特性; マイクロエマルション; シリカ被覆微粒子; Pt触媒; 反応分離; シリカ薄膜; 水素選択的透過膜; メタン選択的燃焼; ナノ粒子; シリカ被膜貴金属触媒; メタンリフォーミング; 耐シンタリング

ナノ複合反応場によるメタン自熱的改質反応特性を調べるため,複合反応場をもつ触媒の創製を検討した。その結果,シリカ被覆層の内側にNiナノ粒子が固定化され,シリカ被覆層の外側にPtが固定化された複合ナノ粒子を創製することに成功した。Ni触媒反応場とPt触媒反応場がナノスケールの距離で隔離されおり,目的の複合反応場触媒と言える。この触媒を用いてメタン自熱的改質反応の研究を行う過程で,シリカ被覆層内側のNi触媒が極めて特異な触媒反応特性を示すことを見出した。そこで,シリカ被覆Ni触媒を用いて,自熱的改質反応よりもシンプルなメタン部分酸化反応特性を調べた。従来の含浸法Ni触媒では,既往の報告通り800℃より低い温度で全く活性を示さず,水素が全く生成しなかったが,シリカ被覆Ni触媒は700℃でも高い部分酸化能を示した。また,生成ガス中の水素/一酸化炭素モル比=1.98とほぼ量論比通りに反応が進行していた。この触媒を用いて700℃で80時間までの反応試験を行ったが,その間の活性低下は全く認められなかった。さらに,この反応系に炭酸ガスを供給し,メタン自熱的改質反応特性を調べたところ,500℃でも充分な水素生成活性が発現し,メタン部分酸化反応よりも反応温度をさらに低下させることができた。メタン部分酸化反応後の触媒のTPO測定を行ったところ,含浸法触媒のNiは反応中に完全に酸化されているが,被覆触媒のNiの大部分は金属状態であることがわかった。さらに,反応前処理として空気焼成を行っても,被覆触媒は部分酸化活性をほとんど失わなかった。したがって,Niをシリカで被覆することによって,Niが酸化されにくくなり,そのために低温でも極めて高い活性を示したものと考えられた。

为了研究利用纳米复合反应场的甲烷自热重整反应的特性，我们研究了复合反应场催化剂的制备。结果，我们成功地制备了复合纳米颗粒，其中Ni纳米颗粒固定在二氧化硅涂层的内侧，Pt固定在二氧化硅涂层的外侧。 Ni催化反应场和Pt催化反应场相隔纳米级距离，可以说是理想的复合反应场催化剂。在利用该催化剂研究甲烷自热重整反应的过程中，我们发现二氧化硅包覆层内的Ni催化剂表现出极其独特的催化反应特性。因此，我们研究了使用二氧化硅涂层镍催化剂的甲烷部分氧化反应的特性，该反应比自热重整反应更简单。如前所述，传统的浸渍镍催化剂在低于800℃的温度下没有表现出活性，并且不产生氢气，但是二氧化硅涂覆的镍催化剂即使在700℃下也表现出较高的部分氧化能力。此外，反应几乎按照生成气体中氢气/一氧化碳摩尔比＝1.98的化学计量比进行。使用该催化剂在700℃下进行长达80小时的反应测试，但在此期间没有观察到活性下降。另外，当向该反应体系供给二氧化碳气体并研究甲烷自热重整反应的特性时，即使在500℃下也表现出充分的氢生成活性，并且反应温度甚至比甲烷部分氧化中更低。反应完成。甲烷部分氧化反应后催化剂的TPO测量表明，浸渍催化剂中的Ni在反应过程中被完全氧化，但涂层催化剂中的大部分Ni处于金属态。此外，即使当进行空气煅烧作为反应预处理时，涂覆的催化剂也几乎不丧失其部分氧化活性。因此，认为用二氧化硅包覆Ni使其难以氧化，这就是为什么它即使在低温下也表现出极高的活性。

项目成果

T.Hanaoka, H.Hayashi, T.Tago, M.Kishida, K.Wakabayashi: "In situ immobilization of ultrafine particles synthesized in a water/oil microemulsion"Journal of Colloid and Interface Science. 235・(2). 235-240 (2001)

T.Hanaoka、H.Hayashi、T.Tago、M.Kishida、K.Wakabayashi：“水/油微乳液中合成的超细颗粒的原位固定”胶体与界面科学杂志235·(2)。 240（2001）

H.Hayashi, S.Murata, T.Tago, M.Kishida, K.Wakabayashi: "Low carbon deposition on C02 reforming of methane over Ni/Al2O3 catalysts prepared using W/O microemulsion"SEKIYU GAKKAISHI-Journal of the Japan Petroleum Institute. 44・(5). 334-337 (2001)

H.Hayashi、S.Murata、T.Tago、M.Kishida、K.Wakabayashi：“在使用 W/O 微乳液制备的 Ni/Al2O3 催化剂上对甲烷进行 CO2 重整时的低碳沉积”SEKIYU GAKKAISHI-Journal of the Japan Petroleum Institute 44・（5）。334-337（2001）。

M.Ikeda, T.Tago, M.Kishida, K.Wakabavashi: "Thermal stability of an SiO2-coated Rh catalyst and catalytic activity in NO reduction by CO"Chemical Communication. 2512-2513 (2001)

M.Ikeda、T.Tago、M.Kishida、K.Wakabavashi：“SiO2 涂层 Rh 催化剂的热稳定性和 CO 还原 NO 的催化活性”化学通讯。

岸田 昌浩, 池田 正憲, 林 博樹, 多湖 輝興, 若林 勝彦: "マイクロエマルションを利用した担持金属触媒の新規調製法と種々の反応系における触媒特性"石油学会誌. 44・(4). 193-205 (2001)

Masahiro Kishida、Masanori Ikeda、Hiroki Hayashi、Teruoki、Katsuhiko Wakabayashi：“利用微乳液的负载金属催化剂的新制备方法和在各种反应体系中的催化性能”日本石油学会学报44·(4)。 2001）

H.Hayashi, S.Murata, T.Tago, M.Kishida, K.Wakabayashi: "Methane-steam reforming over Ni/Al2O3 catalyst prepared using W/O microemulsion"Chemistry Letters. 34-35 (2001)

H.Hayashi、S.Murata、T.Tago、M.Kishida、K.Wakabayashi：“使用 W/O 微乳液制备的 Ni/Al2O3 催化剂上的甲烷蒸汽重整”化学快报。