可視光応答性酸化チタン光触媒による水とメタンからの水素製造

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16760625
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 市橋 祐一 神戸大学, 工学部, 助手 (20362759)
• Keywords: 光水蒸気改質反応 / 光触媒 / 水素エネルギー

Research Abstract

種々の金属担持酸化チタンによる、固定床流通式反応器でのメタンの光水蒸気改質反応を行った。その結果、Ag,Cu,Ni,FeをTiO_2に担持した触媒で、光照射開始とともに水素が生成し、酸化生成物として一酸化炭素および二酸化炭素が生成した。そこで、最も反応効率の高かったAg担持酸化チタン光触媒を用い、最適空間速度、最適メタン濃度、最適供給水濃度を調べ、さらに触媒の水素還元温度依存性、Agの担持量依存性について詳細を検討した。Ag担持酸化チタン光触媒によりメタンのみを供給した反応では水素が若干生成するものの、メタンの二量化反応による水素生成であることが分かり、水を加えた場合の反応とは全く違う機構で水素が生成していることが明らかとなった。メタンの光水蒸気改質反応では、空間速度、メタン濃度、水の供給濃度で反応活性が大きく代わり、さらに水素還元温度やAgの担持量を変えることでも発生する水素の生成量に著しい違いが現れることが明らかとなった。このメタンの光水蒸気改質反応の最適条件は空間速度1500ml/h・g-cat、メタン濃度20%、水の供給濃度3.13%、水素還元温度673K、Agの担持量0.5wt%であった。
これらの触媒の状態を調べるために紫外可視拡散反射スペクトル測定を行い、キャラクタリゼーションを行ったところ、Ag^0メタルが本反応の活性に大きく影響を与えているものと推測された。また、反応経持変化の実験結果より反応開始とともに活性が著しく低下し続けることが明らかとなったが、この失活原因は供給原料である水の吸着と考えられ、活性点に水が覆うことで還元剤であるメタンの吸着活性化が妨げられると推測された。さらに、反応後の触媒を再度、酸素焼成しその後還元処理を施すことで、若干落ちた水素生成活性がほぼ回復することがわかり、触媒を再処理することで再使用することが可能であることが明らかとなった。