| 研究課題/領域番号 |
21H01700
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
多湖 輝興 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (20304743)
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| 研究分担者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2022年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2021年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
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| キーワード | 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 / Ni触媒 / ゼオライト内包Ni触媒 / MFIゼオライト / Silicalite-1 / ゼオライト内包金属触媒 / 炭素析出抑制 / ゼオライト内包Ni微粒子触媒 / Niフィロシリケート / シンタリング抑制 / Betaゼオライト / 金属微粒子内包 / メタン改質 / 二酸化炭素 / 金属微粒子触媒 / 多孔質触媒 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
卑金属系触媒によ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卑金属を，耐水熱安定性を有する多孔質担体に固定化した触媒を開発する．メタンのドライリフォーミングに対し，800℃以上の高温度反応条件における優れた熱的安定性と650℃以下の低温度反応条件における炭素析出抑制を実証する．そして，同触媒をバイオマス由来炭化水素の改質反応に展開するとともに，さらなる活性向上を目指し，活性金属種の合金化を検討する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，Ni微粒子をSilicalite-1に内包状態で固定化させた触媒（Ni@S-1触媒）を開発し，同触媒によるメタンの二酸化炭素改質反応（DRM反応）を実施した．Ni@S-1触媒は，優れた熱的安定性と炭素析出抑制を示した．また，炭素析出抑制のためには粒子サイズ5nnm以下のNi粒子が不可欠であることを実証した．
バイオマス改質のモデル反応として，Ni@S-1触媒によるエタノールの水蒸気改質反応を実施した．Ni@S-1は，含浸法Ni/S-1触媒と比較して優れたESR活性を示すとともに，850℃の高温条件下でも優れた耐水熱安定性を有することが示された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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．
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