固体塩基触媒上でのアンモニアによる二酸化炭素固定化反応

固体碱催化剂上二氧化碳与氨的固定反应

• 批准号: 21K04778
• 负责人: 竹内 雅人
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04778/
• 关键词: 固体塩基触媒; 酸化マグネシウム; 酸化カルシウム; 熱分解; アンモニア; 二酸化炭素; イソシアン酸; 水酸化マグネシウム; シアナミド; 二酸化炭素固定化; 赤外分光法

本申請研究では、地球温暖化の原因物質の一つとされる二酸化炭素の削減を目的として、固体塩基触媒を用いてNH3によるCO2の固定化反応を検討している。2021年度の研究では，酸化マグネシウム（MgO）に300℃以上でCO2とNH3を作用させると，主としてイソシアン酸（H-N=C=O）が生成することを見出した。この結果を受け、2022年度は、MgOよりも塩基性の高い酸化カルシウム（CaO）を用い、同反応におよぼす触媒表面の塩基強度との関連性について検討した。市販のCa(OH)2を錠剤成型し，加熱およびガス流通が可能な拡散反射測定ユニットにセットした。前処理としてCa(OH)2を600 ℃で加熱することでCaOを得た。次に，触媒温度を300～600℃に設定し，まずCO2を流通させた（30 cc/min）。次に，同温度のままNH3（1 %，Ar希釈）流通に切り替えた（2cc/min）。各気体の流通過程において，FT-IRスペクトルを拡散反射法にて測定した。Ca(OH)2の熱分解により調製したCaOを反応温度にまで下げる際、500℃以下になると空気中のCO2を吸着しCaO表面に少量であるがCaCO3の生成が確認された。ここにCO2を流通させるとCaCO3の吸収が増加した。この後、NH3流通に切り替えても500℃以下ではN=C=O結合に基づく吸収（2193 cm-1付近）はほとんど観測されなかった。しかし、CaCO3の熱分解が進行する600℃以上でCO2、次いでNH3を流通させるとわずかであるがイソシアン酸のN=C=O結合に基づく吸収が観測された。これらの結果から、MgOよりも塩基性の高いCaOを触媒に用いると、CO2吸着により安定なCaCO3が生じ、この炭酸塩の熱分解が進行する600℃以上でNH3を作用させないとCO2の還元反応が進行しないことを明らかにした。

This application aims to investigate the reduction of carbon dioxide in the form of a solid catalyst and the immobilization of CO2 in the form of NH3. In the 2021 study, CO2 and NH3 were used to generate acid (H-N=C=O) above 300℃. In 2022, the relationship between MgO and basic high acidity (CaO) and basic strength of catalyst surface was studied. The Ca(OH)2 solution in the market is molded, heated and circulated to make it possible to measure the dispersion reflectance. Pretreatment Ca(OH)2 is heated to 600 ℃ and CaO is obtained. Second, the catalyst temperature is set at 300~600℃, and CO2 circulation is maintained at 30 cc/min. Next, NH3 (1%, Ar) was circulated at the same temperature (2cc/min). FT-IR method was used to determine the flow process of each substance. The thermal decomposition of Ca(OH)2 is regulated by CaO reaction temperature below 500℃, and the formation of CaCO3 is confirmed by adsorption of CO2 in air to CaO surface. The absorption of CO2 and CaCO3 in the atmosphere increased. After this, NH3 circulation is cut off below 500℃. N=C=O is combined with basic absorption (2193 cm-1). The thermal decomposition of CaCO3 proceeds at temperatures above 600 ° C, and the circulation of CO2 and NH3 proceeds at temperatures above 600 ° C. As a result, MgO is a basic catalyst with high CaO content, CO2 adsorption is stable, CaCO3 is produced, and the thermal decomposition of carbon acid is carried out at above 600℃. NH3 acts on the reaction of CO2 to CaO.

项目成果

Near-infrared Observation of Mg(OH)2 dehydration and MgO hydration

Mg(OH)2脱水和MgO水合的近红外观察

• 发表时间: 2021
• 作者: Masato Takeuchi;Atsushi Kondo;Ryo Kurosawa;Junichi Ryu
• 通讯作者: Junichi Ryu

酸塩基両機能性を有するZrO2触媒上でのNH3によるCO2固定化反応の赤外分光分析

酸碱双功能ZrO2催化剂上NH3固定CO2反应的红外光谱分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 前川瑠里;松岡雅也;竹内雅人
• 通讯作者: 竹内雅人

酸化マグネシウム触媒上でのNH3によるCO2固定化反応

氧化镁催化剂上的 CO2 与 NH3 的固定反应

• 发表时间: 2021
• 作者: M. Sheng;S. Yamaguchi;A. Nakata;S. Yamazoe;K. Nakajima;J. Yamasaki;T. Mizugaki;T. Mitsudome;竹内雅人・近藤篤史・松岡雅也
• 通讯作者: 竹内雅人・近藤篤史・松岡雅也

固体塩基触媒上でのNH3とCO2によるイミド生成

在固体碱催化剂上与 NH3 和 CO2 形成酰亚胺

• 发表时间: 2022
• 作者: 竹内雅人;近藤篤史;松岡雅也
• 通讯作者: 松岡雅也

近赤外分光法によるゼオライトへの水吸着ダイナミクス観測

利用近红外光谱观察沸石上的水吸附动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: 竹内雅人;松岡雅也
• 通讯作者: 松岡雅也