Ni nanoparticle-encapsulated zeolite catalyst enabling thermodynamic equilibrium overcoming in methane reforming reaction

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01700
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Tago Teruoki 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (20304743)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木村 健太郎 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (70965003) ; 藤墳 大裕 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (90757105)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: メタンドライ改質 / エタノール水蒸気改質 / 合成ガス / ニッケル触媒 / シリカライト / ゼオライト / 内包構造

Outline of Final Research Achievements

In this study, Ni@S-1 catalysts were developed with Ni particles encapsulated in Silicalite-1 and used for the reforming of methane with carbon dioxide (DRM reaction). The Ni@S-1 catalyst showed excellent thermal stability and suppressed carbon deposition, demonstrating that Ni particles with a particle size of less than 5 nm are essential for suppressing carbon deposition.
The Ni@S-1 catalyst was used in the steam reforming of ethanol (ESR reaction) as a model reaction for biomass reforming, showing superior ESR activity compared to impregnated Ni/S-1 catalyst and excellent hydrothermal stability at 850°C.

Free Research Field

反応工学および触媒プロセス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ニッケル(Ni)を主成分とする炭化水素改質反応では，活性金属種のナノ粒子化，および高温反応条件下でのナノ粒子状態の維持が，触媒活性劣化の抑制に対する最重要課題である．
本研究では超微粒子状態のNiを，シリカ系多孔質材料であるMFIゼオライト（Silicalite-1）に内包状態で固定化した触媒（Ni@S-1触媒）を開発した．改質反応において繊維状炭素の析出抑制のためには，5nnm以下のNi粒子が不可欠であることが明らかとなった．同触媒は，メタンの二酸化炭素改質反応とエタノールの水蒸気改質反応において，優れた耐シンタリング耐性と耐水熱安定性を示す，汎用性の高い触媒であることを実証した．