二酸化炭素を含む未利用天然ガスから石油化学原料への直接変換触媒の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350422
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大塚 康夫 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20091663)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菊地 毅光 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (30169825) ; 坪内 直人 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (90333898)
• Keywords: 二酸化炭素 / 天然ガス / 石油化学原料 / 酸化物触媒 / メソポーラスシリカ

Research Abstract

20%以上のCO_2を含む低品位天然ガスは、LNG化に適さないため、膨大な埋蔵量にもかかわらず未利用の状態にある。そこで、本研究では、随伴CO_2を酸化剤に用い、天然ガス(CH_4)を石油化学原料(C_2H_4・C_2H_6)に直接変換できる触媒の開発を目指している。昨年度は、アルカリ土類金属(Ca、Sr、Ba)とMnO_2からなる二元系酸化物の触媒性能を調べ、Sr-MnやBa-MnはCa-Mnより高いC_2選択率を示し、C_2生成機構は両者で異なることを明らかにした。
本年度は、2種類の担体(シリカ、活性炭)を用いて、複合酸化物触媒の高表面積化を目指した。シリカには、通常のSiO_2より大きな表面積を持つメソポーラスモレキュラーシーブ(SBA-15)を合成して使用した。N_2吸着測定結果によると、SBA-5の平均細孔径は7.2nmで、BET表面積は880m^2/gと非常に大きかった。次に、Ca、Sr、Ba硝酸塩をエタノール水溶液より含浸担持後焼成した試料のXRD測定を行ったところ、これらの化学種による回折線は全く観測されず、メソ細孔内にナノ微粒子として存在することが示唆された。一方、Ceを担持した場合には、平均細孔径と同程度の結晶子径を持つCeO_2の回折ピークが認められた。昨年度と同様に、石英製流通式反応装置を用い、CH_4とCO_2の混合ガスを反応させ、C_2H_4、C_2H_6、COをマイクロGCでオンライン分析した。その結果、触媒量基準のC_2炭化水素(C_2H_4、C_2H_6)生成量はCa-Ce二元系よりCe単独の場合に高くなるのに対して、C_2選択率は両者であまり変わらず、また、C_2量はCa-Ce触媒量にほとんど依存しなかった。本系で得られたC_2生成量(触媒量基準)は担体を使用しない場合と同程度であり、担体を用いることで触媒成分を低減できることが明らかとなった。活性炭を担体とした場合の触媒性能についても、検討中である。

Research Products

• [Publications] Y.Wang, T.Kikuchi, N.Tsubouchi, Y.Ohtsuka: "Catalytic performances of binary metal oxides in methane coupling with carbon dioxide"The 8^<th> Japan-China Symposium on Coal and C_1 Chemistry. 143-144 (2003)
• [Publications] 菊地毅光, 坪内直人, 大塚康夫: "メソポーラスシリカ担持触媒を用いるメタンと二酸化炭素の反応"平成15年度化学系9学協会連合東北地方大会講演予稿集. 113 (2003)