炭素熱還元法による金属高分散炭素触媒の新規合成法の開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455375
• Research Institution: OKAYAMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 阪田 祐作 岡山大学, 工学部, 教授 (70032951)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): UDDIN Md.Azh 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 助手 (70263613) ; 武藤 明徳 岡山大学, 工学部, 講師 (00174243)
• Keywords: 炭素熟還元 / ナノ金属化合物-炭素多孔質複合体 / イオン交換樹脂 / おが屑 / 細孔構造制御 / 分子状酸素活性化酸化触媒 / 高活性低劣化触媒 / 高弾力性無機・有機複合体

Research Abstract

金属イオンを吸着させたイオン交換樹脂を炭化処理(炭素熱還元)することにより、ナノレベルの微粒子金属化合物が高分散した炭素多孔体を調製した。炭化温度、炭化雰囲気、イオン交換樹脂、特にイオン交換樹脂中のヘテロ原子(N、O、S)を利用することにより、金属化合物は金属、酸化物、窒化物などとして選択的に得ることができた。炭化条件(温度、雰囲気)の他、CO_2賦活することで炭素多孔体の細孔径を制御し、変化させることが可能であることも明らかにした。
このようにして得た金属化合物高分散炭素多孔は、触媒活性に富み、選択性が高く、低劣化性であるなど、非常に好ましい特性を示した。例えば、ブタンの水素化分解、ベンゼンの液相酸化およびオレフィンの選択的酸化に触媒として優れた活性を示した。特に分子状酸素の活性化に効果があることが判明した。また、タングステン、モリブデン、鉄などの酸化物、炭化物、窒化物などの高硬度微粒子ナノ微粒子を炭素多孔質に高分散させたナノ金属化合物-炭素多孔質複合体は、弾力性に富む特性を示した。また、電磁特性(保慈力)も特異な挙動を示した。
本法はイオン交換樹脂の他、おが屑も炭素材料として適用可能であることも見出した。おがくずに硝酸銅と硝酸亜鉛の混合水溶液を含浸後炭化処理し、ナノレベルのCuとZnOが炭素多孔質に高分散した炭素系触媒を調製した。CO_2の水素化によるメタノール合成反応に適用したところ、活性炭を溶液含浸する従来法により調製した触媒に比べ高活性でかつ低劣化性で長時間使用可能な優れた触媒特性であった。

Research Products

• [Publications] Y.Sakata,Md.Azhar uddin,A.Muto,M.Imaoka: "Carbon-supported well-dispersed Cu-ZnO catalyst prepared from sawdust impregnated with [Cu(NO_3)_2,Zn(NO_3)_2] solution : catalytic activity CO_2 hydrogenation to methanol" Microporous Materials. 第9巻. 183-187 (1997)
• [Publications] 阪田、武藤、M.A.Uddin,張野、塩田: "イオン交換樹脂を前駆体とする金属化合物高分散炭素多孔体の合成" 化学工学シンポジウムシリーズ56「機能性微粒子とその周辺最新技術」. 168-173 (1997)
• [Publications] 阪田、武藤、M.A.Uddin, 張野、谷原、関本、堀内: "微粒化金属化合物高分散炭素多孔体の触媒特性" 化学工学シンポジウムシリーズ56「機能性微粒子とその周辺最新技術」. 174-179 (1997)