| 研究課題/領域番号 |
07555246
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 試験 |
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| 研究分野 |
触媒・化学プロセス
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
大塚 康夫 東北大学, 反応化学研究所, 助教授 (20091663)
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| 研究分担者 |
庄 前林 東北大学, 反応化学研究所, 助手 (70271997)
村松 淳司 (松村 淳司) 東北大学, 素村工学研究所, 助教授 (40210059)
菅原 勝康 秋田大学, 鉱山学部, 助教授 (60154457)
佐藤 芳樹 通産省, 資源環境技術総合研究所, 室長(研究職)
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| 研究期間 (年度) |
1995 – 1996
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| 研究課題ステータス |
完了 (1996年度)
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| 配分額 *注記 |
8,800千円 (直接経費: 8,800千円)
1996年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
1995年度: 6,100千円 (直接経費: 6,100千円)
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| キーワード | 金属微粒子 / 石炭 / Fuel窒素 / 鉱物質 / 脱窒素触媒 / 熱分解 / 無害化 / 脱窒素 / 無公害化 |
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| 研究概要 |
1.Ca(OH)_2を用いてFeCl_3水溶液より低炭化度炭上に沈殿担持したFeOOHナノ微粒子は、流動層熱分解時に20〜30nmの金属鉄粒子に還元され、Fuel窒素を無害なN_2に効率よく転換した。鉄微粒子触媒存在下のN_2生成反応は、揮発分窒素(タール、HCN、NH_3)の二次的分解とチャー中複素環窒素からの脱N_2反応の二つの経路で進行し、触媒粒子が微細であるほど後者の寄与が大きいことを明らかにした。
2.炭化度の異なる15種類の石炭を固定床熱分解し、1000℃でのN_2生成率が50〜60%に達する例を世界で初めて見いだした。このような著しいN_2生成を示す石炭からのHCl洗浄による鉱物質除去、脱鉱物質前後の灰分の組成変化、HCl洗浄液のICP分析等の結果に基づいて、石炭中の含酸素官能基に結合した鉄イオンがN_2生成のキーファクターであると結論した。高性能TEM-EDX測定より、このような鉄イオンが熱分解時には10nm前後の金属鉄に還元され、このナノ微粒子が固相N_2生成反応に対して外部より添加した鉄触媒よりもさらに高い活性を示し、チャー中のFuel窒素を選択的にN_2に転化することが判明した。
3.XPSやTEMを用いたN_2生成反応のダイナミックスにアプローチし、高い移動度を持つ金属鉄ナノ粒子がチャー中を自在に動き回り、チャーと反応して炭素の結晶化を促進するとともに、この過程ではピロール・ピリジン化合物とも反応して窒化鉄が生成し、その分解によりN_2が生成するというメカニズムを提案した。
4.実際的な観点から、自由落下型装置を用いてこれらの低炭化度炭の熱分解を行い、鉄の効果は固定床熱分解よりも低下するが、ピリジン・ピロール等の含窒素液状成分からのN_2生成が示唆された。そこで、窒素を含まない純炭素物質上に約20nmの金属鉄微粒子を調製し、この炭素担持ナノ微粒子触媒上でこれらの窒素化合物のモデル分解実験を600〜700℃で行い、N_2の選択的生成が微粒子上でのみ進行することを実証した。
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