新規規則的メソ多孔体担持貴金属系脱硫触媒の創製と高活性発現機構の解明

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 16560673
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 触媒・資源化学プロセス
• 研究機関: 室蘭工業大学
• 研究代表者: 杉岡 正敏 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (80001329)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• キーワード: メソポーラスシリカ / MCM-41 / 金属酸化物修飾 / 貴金属 / 白金 / 高分散担持 / 高活性発現機構 / 水素化脱硫

研究概要

新規の高活性脱硫触媒を設計・開発するために、メソ多孔体であるメソポーラスシリカMCM-41の細孔壁をアルミナ、チタニアおよびジルコニアを含浸法で修飾したMO_X-MCM-41(Al_2O_3-MCM-41、TiO_2-MCM-41,ZrO_2-MCM-41)に白金(Pt)を5wt%担持した触媒(Pt/MO_X-MCM-41)を調製して、チオフェンの水素化脱硫(HDS)反応に対する活性(350℃)を検討した。その結果、活性の序列はPt/Al_2O_3-MCM-41>Pt/ZrO_2-MCM-4>Pt/TiO_2-MCM-41MCM-41であり、Pt/Al_2O_3-MCM-41が最も高活性であった。
次にMCM-41の骨格にAlを組み込んだAlMCM-41と含浸法でAl2O3修飾したAl_2O_3-MCM-41に白金を担持した
Pt/AlMCM-41、Pt/Al_2O_3-MCM-41およびPt/MCM-41の活性を比較したところ、活性の序列は、Pt/Al_2O_3-MCM-41>Pt/AlMCM-41>Pt/MCM-4であった。そこで、次にこの活性序列の原因を詳細に検討した。
まず、Pt/Al_2O_3-MCM-41、Pt/AlMCM-41およびPt/MCM-41触媒上のPtの分散度をXRD回折法および水素吸着法で検討した。この結果、Ptの分散度はPt/Al_2O_3-MCM-41>Pt/AlMCM-41>Pt/MCM-41であった。一方、MCM-41、Pt/AlMCM-41およびAl_2O_3-MCM-41の酸性質の違いを2-プロパノールの脱水反応とクメンの分解反応および担体に吸着したピリジンの赤外吸収スペクトルから評価した。この結果、酸性質の序列はAl_2O_3-MCM-41>AlMCM-41>MCM-41であった。また、AlMCM-41、Al_2O_3-MCM-41およびMCM-41に吸着したチオフェンの赤外吸収スペクトルからチオフェンはこれらの担体の酸性水酸基と相互作用して吸着することを明らかにした。
以上のことから、Pt/Al_2O_3-MCM-41触媒の高活性発現機構はPtの水素化能と担体の酸性質が高度に調和しているためであり、Pt/Al_2O_3-MCM-41触媒によるチオフェンのHDS反応ではAl_2O_3-MCM-41表面のB酸点に吸着したチオフェン分子をPt上で生成したスピローバー水素が攻撃することにより進行することを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Catalytic performance of noble metals supported on alumina-modified silica gel for hydrodesulfurization reaction. (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Kanda, T.Kobayashi, Y.Uemichi, M.Sugioka
  • 雑誌名: Journal of Japan Petroleum Institute 49,(2) ページ: 49-56
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effect of aluminum modification on catalytic Performance of Pt supported on MCM-41 for thiophene hydrodesulfurization. (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Kanda, T.Kobayashi, Y.Uemichi, S.Namba, M.Sugioka
  • 雑誌名: Applied catalysis (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Catalytic performance of noble metals supported on Al_2O_3-modified MCM-41 for thiophene hydrodesulfurization (2005)
  • 著者名/発表者名: Yasuharu Kanda
  • 雑誌名: Studies in Surface Science and Catalysis Vol.155 ページ: 747-754
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Influence of different anions on crystalline of MFI zincosilicates and their catalytic properties (2005)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Sugioka
  • 雑誌名: Studies in Surface Science and Catalysis Vol.158 ページ: 207-214
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Hydrodesulfurization of thiophene over platinum supported on metal oxide catalysts (2005)
  • 著者名/発表者名: Yasuharu Kanda
  • 雑誌名: Memories of Muroran Institute of Technology No.55 ページ: 33-38
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Catalytic performance of noble metals supported on alumina-modified silica gel for thiophene hydrodesulfurization (2005)
  • 著者名/発表者名: Yasuharu Kanda
  • 雑誌名: Journal of Japan Petroleum Institute Vol49・No.2 ページ: 49-56
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Effect of aluminum modification on catalytic performance of Pt supported MCM-41 for thiophene hydrodesulfurization (2005)
  • 著者名/発表者名: Yasuharu Kanda
  • 雑誌名: Applied Catalysis A : General (In press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Catalytic performance of noble metals supported on A1203-modified MCM-41 for thiophene hydrodes-furization (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Kanda, Y.Uemichi, T.Kobayashi, L.Andalaluna, M.Sugioka
  • 雑誌名: Studies of Surface Science and catalysis 156 ページ: 747-754
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The influence of different anions on crystalization of MFI zincosilicates and the catalytic activity (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Sugioka, E.Janiszewska, S.Kowalak
  • 雑誌名: Studies of Surface Science and catalysis 158 ページ: 207-214
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 水素化脱硫反応に対するアルミナ修飾MCM-41担持貴金属触媒の特性 (2004)
  • 著者名/発表者名: 神田 康晴
  • 雑誌名: 触媒 Vol46・No.6 ページ: 465-467
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Performance of alumina-modified MCM-41-supported noble metal catalyst for hydrodesulfurization. (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Kanda, T.Kobayashi, Y.Uemichi, S.Namba, M.Sugioka
  • 雑誌名: Catalysts and Catalysis 46(6) ページ: 465-467
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Development of highly active new hydrodesulfurization catalysts for prevention of acid rain-Supported noble metal catalysts- (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Sugioka, Y.Kanda, T.Kobayashi, Y.Uemichi
  • 雑誌名: Memories of Muroran Insitute of Technology 54 ページ: 41-46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より