2015 Fiscal Year Research-status Report
二酸化炭素の高速転換反応プロセス構築のための触媒表面種のダイナミクス解析
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15K06567
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
西山 覚 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00156126)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
市橋 祐一 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20362759)
谷屋 啓太 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30632822)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | メタン / 二酸化炭素 / ドライリフォーミング / 水素製造 / 二酸化炭素削減 / ニッケル触媒 / セリウム添加 / 活性劣化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ni/Al2O3触媒を用いてメタンのドライリフォーミングを検討した．運転時間に伴い触媒上に炭素質が蓄積し経時的に活性が低下した．触媒にCe成分を添加すると，活性低下が著しく軽減された．炭素質の蓄積が抑制されているかどうかを検討するために，Ni/Al2O3触媒とCe/Ni/Al2O3触媒上でのメタンによる炭素質蓄積挙動を熱分析装置を用いて詳細に検討した．
炭素質の蓄積速度および量は，Ceの添加によってもほとんど影響を受けず，Ceの効果は炭素質蓄積量の低減では無いことがわかった．ドライリフォーミング反応は，反応の中間体がメタンから生成する原子状炭素であると考えられ，蓄積速度，蓄積量がCeの添加によって変わらないことから，生成する炭素質の化学的性質（反応性）に変化が現れる可能性がある．そこで，蓄積した触媒上の炭素質を酸化雰囲気中温度を徐々に上げながら除去する昇温酸化実験を実施した．その結果，Ni/Al2O3触媒上では，800 Kで酸化除去される炭素質とより高温の900 Kで酸化除去される反応性の異なる2種の炭素質が存在することが明らかとなった．低温の800 Kで酸化除去される炭素質は反応性が高いと考えられる．Ceを添加した活性劣化の少ないCe/Ni/Al2O3触媒上の炭素質は，高温で酸化除去される炭素質はほとんど見られず，そのほとんどが低温で酸化除去され得る反応性の高い炭素質であることが示された．Ceの添加効果は，メタンからの炭素質の蓄積過程を抑制するのではなく，生成する炭素質の反応性を制御していることが明らかとなった．
以上の初年度の結果から，反応中間体となる反応性の高い炭素質の生成は，Ce添加によってほとんど影響を受けず（あるいはより増える方向），反応性の低い活性劣化を引き起こす炭素質の生成を抑制することが明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Ni/Al2O3触媒を用いたドライリフォーミング反応での活性劣化挙動をCeを添加した触媒の劣化挙動と比較し，Ceの反応の安定性への影響を調べた．熱分析装置を用いた反応雰囲気での炭素質蓄積実験から，炭素質の量および種類とそれぞれの反応性を明らかにすることができた．上記反応での結果から，Ceの添加が炭素質生成過程を制御していることを見出した．初年度の成果としては十分あるいは，予定を少し超えた状況であると判断できよう．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度の成果を踏まえて，さらに昇温酸化反応を実施し，加えて走査型電子顕微鏡観察をも組み合わせることで，反応性の異なる炭素質の解析を進める．反応性の異なる炭素質のモルフォロジーの違いを観察することで劣化を引き起こす炭素質の解明を進める．パルス反応装置を用いてメタンによる反応中間体である炭素質の生成過程と二酸化炭素による除去反応を分解して詳細に検討する．Ceがメタンの脱水素による炭素中間体生成過程および二酸化炭素と中間体との反応過程に及ぼす影響を詳細に追跡する．
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