2021 Fiscal Year Research-status Report
固体塩基触媒上でのアンモニアによる二酸化炭素固定化反応
| Project/Area Number |
21K04778
|
|---|
| Research Institution | Osaka Prefecture University |
|---|
Principal Investigator |
竹内 雅人 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90382233)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 酸化マグネシウム / 水酸化マグネシウム / 熱分解 / アンモニア / 二酸化炭素 / イソシアン酸 / シアナミド |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
地球温暖化の原因物質の一つとされる二酸化炭素の削減が喫緊の課題となっている。我々は，固体塩基触媒であるMgO表面に塩基性のヒドラジンが強く吸着する現象を報告した。また，ColucciaらはMgO表面で生じたNH2-種がCO2還元に寄与することを報告している。本研究では，水酸化マグネシウムの熱分解により調製した酸化マグネシウムを用いて，NH3を還元剤とするCO2の固定化反応について検討を行った。
市販のMg(OH)2を錠剤成型し，加熱およびガス流通が可能な拡散反射測定ユニットにセットした。前処理としてMg(OH)2を600 ℃で加熱することでMgOを得た。次に，触媒温度を200～400℃に設定し，まずCO2を流通させた（30 cc/min）。次に，同温度のままNH3（1 %，Ar希釈）流通に切り替えた（2cc/min）。各気体の流通過程において，FT-IRスペクトルを拡散反射法にて測定した。
Mg(OH)2の熱分解により調製したMgOに，300℃以上でCO2を流通させた後，同温度のままNH3流通に切り替えると，2193 cm-1付近に新たな吸収が観測され，NH3流通時間45分まで吸収強度が大きくなった。この2193 cm-1の吸収は，N=C=O結合またはC≡N結合に帰属することができる。同測定を400 ℃で行うと2193 cm-1の吸収強度がさらに大きくなった。比較として，MgOにCO2を流通させず，NH3のみを流通させても同吸収は観測されなかった。これらの結果より，固体塩基触媒であるMgOに300 ℃以上でCO2を流通させ，次いでNH3を流通させることで，イソシアン酸またはシアナミドが生成していると考えられる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度にFT-IR分光光度計を導入し，あらかじめ所有していたガス流通および昇温時の測定が可能な拡散反射ユニットと組み合わせることで，触媒の前処理から所定の温度においてガスを流通させながら触媒表面の吸着種や反応生成物のFT-IRスペクトルを測定できる態勢を整えることができた。実際に導入した装置を用いて，Mg(OH)2の熱分解により調製したMgO触媒にCO2，次いでNH3を作用させることでイソシアン酸またはシアナミドが生成していることを確認することができた。
以上のように，測定装置の導入，測定条件の最適化，当初期待された結果の取得と，概ね順調に研究が進行しているといえる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の研究において，固体塩基触媒であるMgOに300 ℃以上でCO2とNH3を作用させると，イソシアン酸またはシアナミドが生成することを見出した。この結果を受け，今後の研究では，より塩基性の高いCaO触媒について検討を行う。上記の反応では，MgO表面で生成したNH2-種がCO2の還元反応に寄与していると考えられる。つまり，MgOよりも塩基性の高いCaO表面ではNH2-種が生成しやすくCO2の還元反応に有利に働くことが期待される。その一方で，より塩基性の高いCaOにCO2を作用させるときわめて安定なCaCO3が生じるためNH3によるCO2の還元反応が効率よく進行しないことが懸念される。しかし，これらの測定結果を蓄積することで，同反応に最適な触媒を探索するための知見を得ることができると考えている。
|
| Causes of Carryover |
COVID-19の流行により参加を予定していた学会がオンライン開催となり交通費の支出がなくなった。これを受け、当初予定していたFT-IR分光光度計よりもスペックが上の機種の購入費に充てることができた。一部生じた使用残額については，次年度の消耗品費として使用する予定である。
|
