2019 Fiscal Year Research-status Report
Study for novel low-temperature ammonia synthesis catalyst with hydrogen selective activation sites
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18K04834
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
宮尾 敏広 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (90312090)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | アンモニア合成触媒 / 水素選択活性化 / 低温低圧アンモニア合成 / モリブデン触媒 / タングステン触媒 / レニウム触媒 / ルテニウム触媒 / シリカ被覆触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、従来のアンモニア合成触媒とは異なる新しい視点に立脚し、窒素活性化能に優れる担持金属触媒の表面を水素選択透過能を有するナノサイズの厚みを有するシリカ層で部分的に被覆し、窒素活性化と水素活性化を同じ触媒表面上で非競争的に同時進行させ、低温で高速にアンモニアを合成する触媒系の実現を目指すものである。現在のアンモニア合成プロセスでは、反応の律速段階である窒素分子の解離がほど良く進むFeやRu等の元素が実用触媒の主成分として用いられており、そこでは反応速度を上げるために熱力学的平衡で不利な高温運転が必要とされ、一段でのアンモニア収率が低下する問題がある。本研究では、メソポーラスシリカ薄膜で担持金属触媒の表面を被覆することによって、メソ孔内では窒素の選択吸着解離が進行し、シリカ被膜に直接覆われた金属表面では窒素分子の拡散阻害によって水素の解離吸着が阻害を受けずに進行すると考えられる。H30年度の検討では、まずアンモニア合成基礎試験の環境を整え、四重極質量分析計を備えた既存の常圧流通式触媒反応装置を用いて触媒の基礎試験を行った。その結果、メソポーラスシリカで試験的に被覆を行ったモリブデン触媒の場合、アンモニアの僅かな生成が認められ、本研究の基本コンセプトの可能性が示された。R01年度の検討では上記の結果を発展させ、担持モリブデン等の担持量、還元度、およびほかの金属種としてタングステン、レニウムなど６～７族遷移金属の合金およびOs、Ru等の貴金属を添加した触媒をメソポーラスシリカで被覆しアンモニア合成活性と触媒構造の関係を詳細に検討した。また、これまで反応試験に用いて来た四重極質量分析計および流通装置がアンモニア腐蝕により機能低下したためその改修を行った。
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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
これまでの検討により、6～7属遷移金属単味、およびそれらの合金とさらに貴金属を一部添加した触媒のメソポーラスシリカ被覆触媒の合成に成功した。またそれらを用いたアンモニア合成試験によってメソポーラスシリカ被覆の効果を検討することができた。さらに、より再現性の高い実験を遂行するために、反応試験装置のアンモニア腐蝕耐性の改善が必要となり、反応試験装置の改修を行った。具体的には試験装置の多方バルブの交換、四重極質量分析計の全面改修、および反応ガスの導入管の材質変更等である。研究途上で上記の改修が必要となったが、触媒開発やその評価など当初の計画に則り進行していることから、概ね順調に進行していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの検討で、当初のコンセプトの妥当性を一定程度検証することに成功した。今後はシリカ被覆条件の検討によって、アンモニア合成活性の向上を図ると共に、同位体交換反応等のプローブ試験を行うことによって、本研究で提案した低温アンモニア合成触媒による反応メカニズムを解明し、さらに実用的な触媒系の構築を目指すこととする。
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| Causes of Carryover |
本研究に用いているアンモニア合成反応試験装置として、既存の四重極質量分析計付き常圧流通反応装置を改造して用いているが、本年度は本装置に対してアンモニア腐蝕耐性を付与した装置への改修を行った。触媒合成等に用いた試薬類や触媒合成装置に既存在庫と既存装置を用いたため、それらの節約によって次年度使用額が生じたが、次年度は本研究のメカニズム解明のための同位体や同位体交換試験装置の改修、ならびに新たな触媒調製の必要性が生じているため、次年度使用額をこれに充てることとしたい。
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Research Products
(1 results)
