アルカン選択的活性化のための触媒反応場設計

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13126210
• 研究種目: 特定領域研究(B)
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 服部 忠 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50023172)
• 研究分担者: 吉田 寿雄 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (80273267) ; 薩摩 篤 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (00215758) ; 鬼頭 繁治 愛知工業大学, 教授 (20023343)
• キーワード: 触媒反応工学 / アルカン / 触媒 / 選択還元 / 選択酸化 / 反応雰囲気 / in-situ IR / in-situ UV-Vis

研究概要

触媒プロセス設計には反応器や反応条件・雰囲気による触媒の最適化が不可欠である。触媒の活性制御因子(酸塩基性・酸化還元・劣化等)はしばしば反応雰囲気に著しく依存するため、最適化には触媒反応場と触媒作用との因果関係の解明が重要な課題となる。本研究では、種々のin-situ分光測定を中心としたキャラクタリゼーションにより、アルカン選択酸化反応における触媒反応場の効果を解明することを目的とする。本年度は主に金属酸化物およびイオン交換ゼオライト上でのアルカンによるNO選択還元反応における、アルカン種の効果及び水素の共存効果について検討した。
還元剤としてC1からC10のアルカンを用いて、Cu, Agを活性種とするアルミナおよびゼオライト(MFI)触媒上でのNO選択還元反応を行った。NO還元活性は炭化水素の炭素数増加にともなって向上した。これは炭化水素の反応性向上が原因であり、C-HとC-Cのすべての結合を考慮した平均結合エネルギーで説明できることを明らかにした。
Ag-アルミナ触媒上でのNO選択還元反応において水素の添加は低温活性を大幅に向上させる。in situ FT/IRによる表面吸着種の動的測定により検討した結果、水素は低級アルカンの部分酸化を促進し、酸化剤(NO_3^-)と還元剤(CH_3COO^-)が共存した触媒表面を実現することによりN_2生成経路の速度を向上させることを解明した。また水素を共存させるとAg^+イオンに加えてAg clusterに帰属される吸収がUV-Visにより観察された。Agの凝集とNO還元活性の向上がよく対応していることから、水素により可逆的に還元・凝集したAg clusterが、NO選択還元反応に高活性を示す活性種であることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] A.Shichi, A.Satsuma, T.Hattori: "Influence of hydrocarbon molecular size on the selective catalytic reduction of NO by hydrocarbons over Cu-MFI zeolite"Appl.Catal.A. 207. 315-321 (2001)
• [文献書誌] K.Shimizu, J.Shibata, H.Yoshida, A.Satsuma, T.Hattori: "Silver-alumina catalysts for selective reduction of NO by higher hydrocarbons : structure of active sites and reaction mechanism"Appl.Catal.B. 30. 151-162 (2001)
• [文献書誌] J.Shibata, K.Shimizu, A.Satsuma, T.Hattori: "Influence of hydrocarbon structure on selective catalytic reduction of NO by hydrocarbons over Cu-Al2O3"Appl.Catal.B. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] A.Shichi, Y.Kawamura, A.Satsuma, T.Hattori: "Effect of carbon number in hydrocarbon reductant on the selective catalytic reduction of NO over cation-exchanged MFI zeolites"Stud.Surf.Sci.Catal.. 135. 30-O-03 (2001)
• [文献書誌] K.Shimizu, J.Shibata, A.Satsuma, T.Hattori: "Mechanistic causes of hydrocarbon effect on the activity of Ag-Al2O3 catalyst for selective reduction NO"Phys.Chem.Chem.Phys.. 3. 880-884 (2001)
• [文献書誌] A.Satsuma, 他5名: "Insertion of iron-complex to lamellar vanadyl benzylphosphate for preparation of well-defined catalyst"Catal.Today. 71. 161-167 (2001)
• [文献書誌] K.Shimizu, A.Satsuma, T.Hattori: "Metal oxide catalysts for selective reduction of NOx by hydrocarbons : toward molecular basis for catalyst design"Catalysis Survey from Japan. 4. 115-123 (2001)