メタンとエチレンとの反応による選択的プロピレン合成

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12875149
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 馬場 俊秀 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (50165057)
• Keywords: メタン / エチレン / プロピレン / ゼオライト / 酸性プロトン / 銀イオン

Research Abstract

CH_2=CH_2共存下でCH_4を反応させるとCH_3CH=CH_2が生成し,さらにCH_3CH=CH_2がCH_2=CH_2やCH_4などの炭化水素と反応を起こして,高級炭化水素が生成すること,また,ベンゼン共存下でCH_4を反応させると,キシレンが生成する。
申請者は,銀イオン交換ゼオライトにH_2を吸着させると,細孔内に生成した銀イオンクラスター(Ag_n^+)によって水素が不均等解離されること,またその反応が可逆的であることを報告している。
ZO^-Ag_n^++H_2【double arrow】Ag_n-H+ZO-H(ZO^-:ゼオライト格子)(1)
この実験結果を基に,銀イオンクラスター(Ag_n^+)によってCH_4のC-H結合も不均等解離を起こすのではないかと考えた。
ZO^-Ag_n^++CH_4→Ag_n-H+Z0^<δ->CH_3^<δ+>(2)
反応系にCH_2=CH_2が共存させることによって,(2)の反応によって生成したCH_3^+と反応を起こしてCH_3CH=CH_2が生成することを見出した。
ZO^<δ->CH_3^<δ+>+CH_2=CH_2→ZO^-・CH_3-C^+H-CH_3(3)
ZO^-・CH_3-C^+H-CH_3→CH_2=CH-CH_3+ZOH(4)
触媒のAg_n^+は(1)式が可逆反応であることから,触媒上のプロトンと反応して再生される。
Ag_n-H+ZO-H→ZO^-Ag_n^++H_2(5)
この方法では,CH_4から生成したCH_3^+はCH_2=CH_2以外のアルケンや芳香族化合物と反応させることも可能である。すなわち,CH_4によるCH_2=CH-CH_3やベンゼンのアルキル化反応が進行し,本研究で提案する手法は応用範囲が極めて広い。

Research Products

• [Publications] Toshihide Baba: "CATALYTIC CONVERSION OF METHANE IN THE PRESENCE OF ETHENE OVER ZEOLITES LOADED WITH METAL CATIONS"Stud.Surf Sci.Catal.
• [Publications] Toshihide Baba: "Chemisorption Study of Hydrogen and Methane by ^1H MAS NMR and Conversion of Methane in the Presence of Ethylene on Ag-Y Zeolite"J.Phys.Chem..
• [Publications] Toshihide Baba: "Conversion of Methane over Ag-Y in the Presence of Ethene"Stud.Surf.Sci.Catal.