Ni nanoparticle-encapsulated zeolite catalyst enabling thermodynamic equilibrium overcoming in methane reforming reaction

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令和4年度(2022年度)は，炭素析出抑制能の向上として，Ni@Silicalite-1の開発，およびCoとNiの複合微粒子化を実施した．Coは二酸化炭素の活性化と固体炭素の部分酸化能に優れる．そこで，ゼオライト合成母液に投入する金属源として，Ni@Silicalite-1へのCoの含侵担持と併せて，アモルファスシリカ上にNi-PSとCo-PSを固定化した(Ni-PS+Co-PS)/SiO2を前駆体とした触媒調製法により，CoとNiの複合粒子を内包した，Co-Ni@Silicalite-1の調製に成功した． DRM反応試験としては，炭素析出が顕著となる600℃にて触媒性能を評価した．その結果，Coの添加量により触媒活性の低下が観察され，高活性と炭素析出抑制には，ナノ粒子状態のNi粒子の内包構造が需要であることを明らかにした．高活性化のために，触媒調製法がNi微粒子の内包構造形成に及ぼす影響を明確化した．具体的には，Ni源とNi固定化状態，およびNi担持量の影響の解明である．XAFS測定により，Ni内包構造の形成にはフィロシリケート構造でSilicalite-1構造内に内包されることが重要であることを明らかにした．Ni担持量の影響は，メタンの二酸化炭素改質反応（DRM反応）試験により検討した．原料ガス比CO2/CH4=1.0，反応温度600℃と850℃とした．その結果，反応前後の触媒のNi粒子サイズは約5nm程度であり，シンタリングが抑制されていることを確認した．Ni担持量としては0.5～2.0wt%まではNi微粒子の内包と炭素析出抑制が可能であり，これ以上のNi担持量では，一部のNi微粒子がゼオライトの外上面に固定化され，炭素析出が顕著になることが明らかとなった．