二酸化炭素を用いるメタンからエタンの高選択的低温直接合成法の開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555275
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大塚 康夫 東北大学, 反応化学研究所, 助教授 (20091663)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 王 野 東北大学, 反応化学研究所, 助手 (40292304) ; 庄司 一夫 東洋エンジニアリング株式会社, 開発研究室長
• Keywords: 二酸化炭素 / 天然ガス / エタン / エチレン / 複合酸化物

Research Abstract

本年度では、CO_2の活性化とC_2炭化水素の選択性制御の両方を可能にする多機能触媒の開発を行い、反応機構について検討した。レドックス能を持つ遷移金属酸化物と塩基性の酸化物からなる二元系触媒を用いて反応を実施した結果、CaO-CeO_2が好成績を示し、C_2炭化水素の収率と選択率はそれぞれ4%と60%に達した。両方の酸化物が存在すると、C_2生成に関して相乗効果が発現することを見出した。これらの酸化物を単独で用いた場合には、CO_2が無い時は初期に格子酸素によりCH_4が転化されるが、C_2の生成はほとんど見られず、H_2とCOが主に生成した。一方、CH_4とCO_2が共存すると、安定したC_2生成活性が得られ、C_2に関わる活性種はCO_2由来であることが明らかになった。また、C_2選択性はCO_2分圧に依存して著しく増加した。
XRDとXPS測定結果より、反応定常状態ではCaとCeの酸化物固溶体が生成し、その表面のCeは還元状態で存在し、この還元サイトでCO_2が活性化されると推定した。さらに、CO_2-TPD結果より、触媒の塩基点でCO_2化学吸着が起こり、その吸着量はCO_2分圧に依存することが明らかになった。この吸着CO_2が格子酸素によるH_2とCOの生成反応を抑えC_2選択性の向上に寄与していると考えられる。触媒中の固溶体の生成は、塩基点でのCO_2の吸着と還元点でのCO_2の活性化を協奏的に進行させ、C_2選択生成を促進するものと推察した。

Research Products

• [Publications] Ye Wang: "Garbor Dooxide as Oxidant foy the Conversion of Methane to Ethane Using Modified CeO_2 Cataysts"J.Cataysis. 186. 160-168 (1999)
• [Publications] Y.Ohtsnka: "Novel Utilization of Carbon Dioxide for Direct Conversion ot Methane to Ethane and Ethylene"J.Chin Inst Chem Engrs. 30・6. 439-447 (1999)