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

Research Project

Project/Area Number 21H01700
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

Tago Teruoki  東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (20304743)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 木村 健太郎  東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (70965003)
藤墳 大裕  東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (90757105)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Keywordsメタンドライ改質 / エタノール水蒸気改質 / 合成ガス / ニッケル触媒 / シリカライト / ゼオライト / 内包構造 / Ni触媒 / ゼオライト内包Ni触媒 / MFIゼオライト / Silicalite-1 / ゼオライト内包金属触媒 / 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 / Betaゼオライト / 金属微粒子内包 / メタン改質 / 二酸化炭素 / 金属微粒子触媒 / 多孔質触媒
Outline of Research at the Start

卑金属系触媒による炭化水素改質反応では,活性金属種のナノ粒子化,および高温反応条件下でのナノ粒子状態の維持が,触媒活性劣化の抑制に対する最重要課題である.本研究では超微粒子状態の卑金属を,耐水熱安定性を有する多孔質担体に固定化した触媒を開発する.メタンのドライリフォーミングに対し,800℃以上の高温度反応条件における優れた熱的安定性と650℃以下の低温度反応条件における炭素析出抑制を実証する.そして,同触媒をバイオマス由来炭化水素の改質反応に展開するとともに,さらなる活性向上を目指し,活性金属種の合金化を検討する.

Outline of Final Research Achievements

In this study, Ni@S-1 catalysts were developed with Ni particles encapsulated in Silicalite-1 and used for the reforming of methane with carbon dioxide (DRM reaction). The Ni@S-1 catalyst showed excellent thermal stability and suppressed carbon deposition, demonstrating that Ni particles with a particle size of less than 5 nm are essential for suppressing carbon deposition.
The Ni@S-1 catalyst was used in the steam reforming of ethanol (ESR reaction) as a model reaction for biomass reforming, showing superior ESR activity compared to impregnated Ni/S-1 catalyst and excellent hydrothermal stability at 850°C.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ニッケル(Ni)を主成分とする炭化水素改質反応では,活性金属種のナノ粒子化,および高温反応条件下でのナノ粒子状態の維持が,触媒活性劣化の抑制に対する最重要課題である.
本研究では超微粒子状態のNiを,シリカ系多孔質材料であるMFIゼオライト(Silicalite-1)に内包状態で固定化した触媒(Ni@S-1触媒)を開発した.改質反応において繊維状炭素の析出抑制のためには,5nnm以下のNi粒子が不可欠であることが明らかとなった.同触媒は,メタンの二酸化炭素改質反応とエタノールの水蒸気改質反応において,優れた耐シンタリング耐性と耐水熱安定性を示す,汎用性の高い触媒であることを実証した.

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (28 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 1 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Development of Silicalite-1 encapsulated Cu-ZnO catalysts for methanol synthesis by CO2 hydrogenation2024

    • Author(s)
      Kanomata Ryokuto、Awano Koki、Fujitsuka Hiroyasu、Kimura Kentaro、Yasuda Shuhei、Simancas Raquel、Bekhti Samya、Wakihara Toru、Yokoi Toshiyuki、Tago Teruoki
    • Journal Title

      Chemical Engineering Journal

      Volume: 485 Pages: 149896-149896

    • DOI

      10.1016/j.cej.2024.149896

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    • Author(s)
      Goto Hidekazu、Abiru Ryosuke、Kimura Kentaro、Fujitsuka Hiroyasu、Tago Teruoki
    • Journal Title

      Catalysis Today

      Volume: 427 Pages: 114408-114408

    • DOI

      10.1016/j.cattod.2023.114408

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    • Author(s)
      Arayawate Sirintra、Yokosawa Tsuki、Kimura Kentaro、Fujitsuka Hiroyasu、Tago Teruoki
    • Journal Title

      Journal of Chemical Engineering of Japan

      Volume: 56 Issue: 1 Pages: 2269226-2269226

    • DOI

      10.1080/00219592.2023.2269226

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  • [Journal Article] Development of Silicalite-1-Encapsulated Ni Catalyst from Ni Phyllosilicate for Dry Reforming of Methane2022

    • Author(s)
      Zhang Yusheng、Takahashi Ryota、Kimura Kentaro、Fujitsuka Hiroyasu、Tago Teruoki
    • Journal Title

      Catalysis Surveys from Asia

      Volume: 27 Issue: 1 Pages: 56-66

    • DOI

      10.1007/s10563-022-09379-3

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      Volume: 57 Pages: 347-350

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      Hiroyasu Fujitsuka , Takahito Kobayashi , Teruoki Tago
    • Journal Title

      Journal of CO2 Utilization

      Volume: 53 Pages: 101707-101707

    • DOI

      10.1016/j.jcou.2021.101707

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      多湖輝興・藤墳大裕
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      石油学会誌

      Volume: 44 Pages: 541-545

    • NAID

      40022668625

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    • Author(s)
      Fujitsuka Hiroyasu、Oshima Shuto、Matsumura Yusei、Tago Teruoki
    • Journal Title

      Catalysis Today

      Volume: - Pages: 360-368

    • DOI

      10.1016/j.cattod.2020.04.007

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      Misaki Endoh, Nodoka Nakatani, Ye Jianan, Kentaro Kimura, Hiroyasu Fujitsuka, Teruoki Tago
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      The 19th Korea-Japan Symposium on Catalysis
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      木村 健太郎, 淺海 礼智, 吉田 賢一, 後藤 秀和, 多湖 輝興
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      飯塚 康朝, 高橋 瞭太, Zhang Yusheng, 木村 健太郎, 松本 秀行, 藤墳 大裕, 多湖 輝興
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      化学工学会 第54回秋季大会
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      横澤 つき, Arayawate Sirintra, 髙野 真那, 木村 健太郎, 多湖 輝興
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      化学工学会 第54回秋季大会
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      淺海礼智, 後藤秀和, 木村健太郎, 多湖輝興
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      飯塚康朝, 木村健太郎, 松本秀之, 多湖輝興
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      第53回石油・石油化学討論会
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      Yusheng Zhang、Ryota Takahashi、Yasutomo Iizuka、Hiroyasu Fujitsuka、Kentaro Kimura、Teruoki Tago
    • Organizer
      5th EAZC
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  • [Presentation] Synthesis of Silicalite-1-encapsulated Ni nanoparticle catalyst from Ni phyllosilicate for dry reforming of methane2022

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      Yusheng Zhang、Ryota Takahashi、Hiroyasu Fujitsuka、Teruoki Tago
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      高橋瞭太・張喩昇・木村健太郎・藤墳大裕・多湖輝興
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    • Invited
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    • Author(s)
      多湖輝興,藤墳大裕
    • Total Pages
      351
    • Publisher
      シーエムシー・リサーチ
    • ISBN
      9784910581170
    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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