2018 Fiscal Year Annual Research Report
硫化物触媒のレドックス型格子Sイオン種による新規なアルカン脱水素プロセス開拓
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18H01775
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
渡部 綾 静岡大学, 工学部, 准教授 (80548884)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福原 長寿 静岡大学, 工学部, 教授 (30199260)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 脱水素 / 低級アルカン / 硫化水素 / 硫化物 / レドックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属硫化物は、石油精製化学における脱硫触媒としてよく知られている。近年、この触媒において、金属硫化物中の格子硫黄(S2-)が自立的なレドックス（酸化還元）機能を有し、反応基質の選択的な物質変換に強力な力を発揮することが注目されている。問題なのは、現在までにおいて硫化物の格子S2-のレドックス性と反応性との関係が曖昧であり、まだ体系化に至っていない点である。そもそも硫化物の構造とレドックス性の関連についても明確ではない。それゆえ、硫化物の構造、レドックス性、反応性の関連を明らかにすれば、目的とする反応に対して最適な硫化物の触媒設計が可能になる。このような状況を踏まえ、本研究は、硫化物触媒における表面格子硫黄（S2-）のレドックス機能を活用した連続的かつ高選択的な低級アルカン脱水素プロセスの創生を目的とした。平成30年度は、硫化水素共存のプロパンやブタンの脱水素反応に対する鉄系触媒の脱水素特性について評価した。
硫化水素共存のプロパン脱水素反応に対して、シリカに担持した鉄（Fe/SiO2）系触媒が高い転化率を示し、選択的にプロピレンを生成した。また、Fe/SiO2にRuを共含浸法で担持させた触媒はさらに高い脱水素性能を示した。開発触媒をブタンの脱水素反応に適用した結果、C4オレフィン・ジオレフィンを選択的に生成することが明らかになった。XRD測定やXAFS測定を実施して各触媒の構造、電子状態などの物理化学的特性を評価した結果、選択的な脱水素能を発現する触媒上には、硫化物相が形成されていることが判明した。さらに、高酸化状態の鉄が形成された触媒が、脱水素に対して優れた性能を発揮することが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた「鉄系硫化物触媒による連続的かつ高選択的なプロピレン製造プロセスの開発」と「ブタンの脱水素による高収率なブタジエン合成」の各項目について、計画に沿った成果を得ることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
硫化水素共存のアルカン脱水素に対して、硫化物触媒の表面格子硫黄（S2-）が介在するレドックス機構による反応の進行を実証するために、速度論的手法による現象把握を展開する。具体的には、脱水素に伴う表面格子硫黄（S2-）の放出・再生過程を質量分析計で追跡し、解析することで、触媒中の格子S2-のレドックス性を検証する。ここで得られた結果を基にして、硫化物の構造、S2-のレドックス性、反応性の相関性を明らかにし、新しいレドックス型触媒機構の学理を開拓する。
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