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

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。

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。