自然資源エネルギーによるアンモニア合成を利用したディーゼルNO_x除去プロセス開発

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07558206
• 研究種目: 試験研究(B)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 秋鹿 研一 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (20016736)
• 研究分担者: 市来 正美 (株)日立造船, 技術研究所, 主席研究員 ; 金子 克美 千葉大学, 理学部, 教授 (20009608) ; 三浦 弘 埼玉大学, 工学部, 教授 (60092574) ; 上松 敬禧 千葉大学, 工学部, 教授 (20009278) ; 小長井 誠 東京工業大学, 工学部, 教授 (40111653)
• キーワード: ディーゼルNO_x / NO_x分解 / アンモニア合成 / 選択脱硝 / ルテニウム触媒 / アモルファス太陽電池 / 炭素担体 / 水素発生

研究概要

本研究は酸素過剰下でもNO_xと特異的な反応性を持つNH_3を水素と窒素とからオンサイト(その場)またはオンボード(移動発生源下)で、しかも自然資源エネルギー(水、太陽、空気)により生成させ、それを用いることによるNO_x除去プロセスを試作することを目的とした。
次のような本プロセスの構成要素が研究のポイントであった。1)太陽電池電源による水の分解、2)空気と水素からのN_2+3H_2ガス製造、3)N_2とH_2とからのNH_3合成の触媒研究、4)NH_3吸着剤の開発とその濃縮、脱離特性の研究、5)NO_xとNH_3との反応によるNO_x除去プロセスの研究、6)全システムの最適化の研究
各々の構成要素について次のような成果を得た。
まず 本システムを構成する太陽電池としては、製造に要するエネルギーが少なく、しかも軽量なため移動が容易な薄膜太陽電池が適しているが、その変換効率向上ならびに信頼性向上を目指して開発を進めたところ、アモルファス太陽電池で安定化効率8.5%、またCu(InGa)Sc_2系薄膜太陽電池で15.0%の高効率を得ることができた。
アンモニア合成原料に用いる水素の供給源の1つとして、燃料油中の炭化水素脱水素反応を試験した。担持白金触媒に第二金属を添加してバイメタリック触媒を調製し、前駆体に昇華性金属錯体を用いた場合に、白金粒子表面にFe, Cuなどの第二金属が選択析出し、高機能触媒を調製することができた。
N_2とH_2からのアンモニア合成に有効なRu-Cs^+/MgO系触媒の活性中心と考えられるRuO-Mg又はRu-O-Cs接点のモデルとして[Ru_6N]-Cs^+/MgOクラスター触媒を合成した。Cs促進剤を有する場合Ru-Oが短くなると共に高活性の触媒となった。
RuあるいはPt超微粒子をミクロ細孔空間中に分散させ、NO吸着能およびNO還元能を検討した。RuあるいはPt微粒子の高分散によって、著しいNO吸着量の増大が見られた。Ru分散高表面積ミクロ孔炭素(Ru-ACF)上では423KでNOが還元され、N_2, N_2O, CO_2が生成した。Ru-ACF試料上でのN_2生成量は分散金属Ru量と共に増加した。
多成分系複合酸化物の合成法として噴霧反応性を用いてCu-Mo系微粒子触媒を調製しNOの光分解反応について検討したところ、Cu-Mo間の相互作用がより促進され、従来の共沈法触媒と比較して高活性を示すことを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Takayoshi UEMATSU: "Preparation of Multi-Component Fine Particles by Spray Reaction Method and Their Characteristics in Catalytic Behavior" Proc. 69th Symposium on Colloid and Surface (Amer. Chem. Soc. , Utah). (1995)
• [文献書誌] K. KUSHIYA, A. SHIMIZU, A. YAMADA, and M, KONAGAI: "Development of High Efficiency CuIn_XGa_<1-x> Se_2 Thin Film Solar Cells by Selenization with Elemental Se Vapor in Vacuum" Jpn. J. Appl. Phys.34. 54-60 (1995)
• [文献書誌] Z. M. Wang and K. Kaneko: "Dipole Oriented States of SO_2 confined in a slit-shaped Graphitic Subnarospace from Calorimetry" J. Phys. Chem.99. 16714-16721 (1995)
• [文献書誌] K. Kase, M. Yamaguchi, and K. Kaneko: "Photoassisted Chemisorption of NO on ZnO" J, Phys, Chem.99. 13307-13309 (1995)
• [文献書誌] Yasuo IZUM and Ken-ichi AIKA: "Prepararion of [Ru _6 N]Clusters on MgO, K^+/MgO, Cs^+/MgO, and Ai_2O_3 and Reactivities with H_2 and N_2" J. Phys. Chem.99. 10336-10345 (1995)
• [文献書誌] Yasuo IZUM and Ken-ichi AIKA: "Promoted Catalysis by Supported[Ru _6・N]Clusters in N_2 and/or H_2: Structural and Chemical Controls" J. Phys. Chem.99. 10346-10353 (1995)
• [文献書誌] Ken-ichi Aika and Kenzi Tamaru: "Ammonia Synthesis over Non-Iron Catalysts and Related Phenomena; in “Ammonia-Catalysis and Manufacture"A Nielsen ed." Springer Verlag, Berlin, p. 103-148 (1995)