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我々は、プロパンを芳香族に変換しつつCO_2を触媒還元することが可能であること、CO_2によりエタン等の副生および触媒の劣化が抑制されることを見いだした。ただし、芳香族化の促進効果は見られず、CO_2の還元活性もそれほど高くなかった。そこで、本年度においては、以下の研究を行った。
1.酸化物-ゼオライト複合触媒によるCO_2還元の促進
Ca-HZSM-5触媒と酸化物触媒を複合化し、プロパンの芳香族化とCO_2還元の双方に高活性な触媒の開発の可能性を検討した。CO_2還元に活性で、炭化水素の副反応に不活性な酸化物触媒をスクリーニングした結果、FeとVの酸化物が選ばれた。そこで、これらの酸化物とGa-HZSM-5を物理混合した触媒を用いて反応を行った。これらの複合触媒では、高い芳香族選択性を維持したまま、CO収率は著しく向上しており、芳香族化とCO_2還元の双方に活性な触媒が可能であることが明らかとなった。
2.エタン芳香族化に対するCO_2の影響
プロパンに比べて活性化の困難なエタンを用いて、CO_2による低級アルカンの芳香族化の促進の可能性を調べた。CO_2の導入によりエタン転化率と芳香族収率が向上し、エチレン収率が低下した。エタン芳香族化反応は、エチレンを経由する逐次反応であるが、CO_2がエタンからエチレンのステップとエチレンから芳香族への双方のステップを促進していることが明かとなった。エチレンの芳香族化に対するCO_2の影響を調べたところ、CO_2の転化率はごくわずかに過ぎないのに対して、芳香族収率は著しく増大した。これらの結果から、CO_2は穏やかは酸化剤としてだけでなく、反応性の希釈剤としても作用していると結論した。
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