2022 Fiscal Year Annual Research Report
Dramatic improvement of direct dimethyl ether synthesis from carbon dioxide by higher pretreatment temperature of catalysts
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20K05220
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
武石 薫 静岡大学, 工学部, 准教授 (40216841)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ジメチルエーテル (DME) / メタノール / 触媒 / ゾル-ゲル法 / 二酸化炭素 / 水素 / 焼成 / 還元 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ジメチルエーテル(DME)は，燃焼しても黒煙などの粒子状物質（PM）を排出しないなど，液化石油ガスや軽油に代わりうるクリーン燃料，また水素貯蔵体である。通常，DMEは，合成ガスからメタノールを生成し，そのメタノールを脱水縮合して得られる二段法で製造されている。そのため，DMEの価格はメタノールの約2倍になってしまう。経済的な製造法として，直接合成法があり，それには，メタノール合成触媒と脱水縮合触媒とを物理混合した触媒が用いられる。本研究代表者は，混合触媒よりも，ゾル-ゲル法で調製した銅系アルミナ触媒を単一で用いるほうがより高活性・高選択的にDMEを生成できることを見出している。今回，CO2の有効利用を目指し，CO2からのDME直接合成において，ゾル-ゲル法で調製したCu-Zn/Al2O3，Cu-Ga/Al2O3, Cu-Zr/Al2O3, Cu-Ce/Al2O3, Cu-Zn-Ga/Al2O3, Cu-Zn-Zr/Al2O3触媒などの前処理法を変えることによるDME生成活性の変化を調査した。
どの組成でも，800℃など高温で焼成するとCuAl2O4を生成した。それを，750℃，600℃など高温で還元すると微細な銅粒子が創製され，メタノール生成，特にCu原子当たりのメタノール生成速度（TOF）が向上した。しかし，メタノールを脱水縮合してDMEを生成する酸点であるアルミナの減少，酸性度の低下のためDME生成能は期待していたほど向上しなかった。DMEの生成速度，生成量で考慮すると，適度な酸性度を持ち，Cu, および，触媒全体の比表面積の大きい500℃焼成，450℃還元処理を行った触媒が全般的に優れていた。そこで，高温処理を行った触媒に対しては，フェリエライト（FER）を少量，混合することで酸性度を高め，DMEを高活性に製造することを可能にした。
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