Process intensification for green NH3 via advanced membrane separation and catalysts

通过先进的膜分离和催化剂强化绿色 NH3 的工艺

• 批准号: 21H04630
• 负责人: 都留 稔了
• 金额: $ 26.79万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04630/
• 关键词: アンモニア; 低温; 膜分離; 触媒; 膜反応器; シリカ膜

本研究では，アンモニア低温合成触媒開発の実績を有する東京工業大学とアンモニアおよび水素選択透過膜の開発実績のある広島大学が共同で，世界に先駆けて低温低圧におけるアンモニア引抜型膜型アンモニア合成プロセスを提案し実証することを研究目的とし，① 室温～300℃でのNH3合成および分解触媒の開発と反応特性評価，② 室温～300℃でのNH3選択透過膜およびH2選択透過膜の開発と特性評価，③ 膜型反応システムの構築と反応特性評価を研究項目とする。研究実績の概要は以下のようにまとめられる。① BaO-BaH2を複合した金属Fe粒子(BaO-BaH2/Fe)は100 ℃以下でNH3を合成できる初の鉄系不均一系触媒であることを見出した。また，当該触媒のFeのNH3生成反応効率(TOF)はRu等の貴金属，Co，Ni等のレアメタルの数百倍を越えることが明らかになった。②分離膜の開発と特性評価に関しては，２０２１年度に開発したフッ素系スルホン酸/セラミック複合膜の高度化と共に，新たに金属配位型オルガノシリカ膜を開発した。50-200℃でNH3，H2，N2単成分系および混合系での透過特性評価を行った。200℃において金属配位型オルガノシリカ膜はNH3透過率2.8x10-6 mol/(m2 s Pa)，NH3/H2およびN2透過率比11および102を示し，フッ素系スルホン酸/セラミック複合膜よりも高い選択透過性を有することを明らかとした。③膜型反応器において，触媒反応器と膜分離器の組み込んだリサイクル型触媒膜反応シミュレーターを構築し，プロセスシミュレーションを可能とした。

这项研究的目的是共同提出并证明在低温和低压下，东京技术研究所在低温和低压研究所合成氨的氨型氨合成，该过程在氨和氢选择可渗透膜的发展方面具有记录，以与世界上首次提出氨水含量的ammonia ammon andmon andmon andmon和ammon and ammon and ammon-nemons and ammon andmon和ammonia and ammon and ammon-nemom-nemonia andmon-nemon noumbrane andonmon nomenton andom-noumnonia andom-noupmon-ynomon nomemon vessonepepepepepe。研究项目包括：1）在室温和300°C下NH3合成和分解催化剂的开发和评估，以及NH3选择性渗透性膜的开发和评估和室温下的H2选择性渗透性膜和3）在室温和3）膜型PEPE反应系统的构建和评估。研究结果的概述可以总结如下：1）已经发现，与BAO-BAH2相结合的金属Fe颗粒（BAO-BAH2/Fe）是第一个能够在100°C或下面合成NH3的基于铁的异质催化剂。还揭示了催化剂的Fe的NH3形成反应效率（TOF）超过了Ru和Co和Ni等稀有金属等贵金属的几百倍。 2）关于分离膜的发展和表征，我们开发了一种新的金属配位有机硅膜，以及在2021年开发的氟基磺酸/陶瓷复合膜的进步。单个成分的NH3，H2，N2，N2，Mydersys在50-200°C下以50-200°C评估了渗透率。在200°C时，金属配位有机硅膜表现出NH3的透射率为2.8x10-6 mol/（M2 S PA），NH3/H2和N2的透射率为11和102，并且比氟基于硫酸硫酸/硫酸/硫酸硫酸/硫酸硫酸/硫酸组合材料的透气度更高。 3）在膜反应器中，构建了回收的催化膜反应模拟器，其中融合了催化反应器和膜分离器，从而可以执行过程模拟。

项目成果

実例で学ぶ化学工学（分担執筆）

通过实例学习化学工程（合著者）

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Anufriev;A. Ramiere;J. Maire;S. Gluchko;J. Ordonez-Miranda;S. Volz;and M. Nomura;中西英行;化学工学会教科書委員会
• 通讯作者: 化学工学会教科書委員会

Ammonia permeation of fluorinated sulfonic acid polymer/ceramic composite membranes

氟化磺酸聚合物/陶瓷复合膜的氨透过率

• DOI: 10.1016/j.memsci.2022.120718
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Membrane Science
• 影响因子: 9.5
• 作者: Wakimoto Kotaro;Yan Wei-Wei;Moriyama Norihiro;Nagasawa Hiroki;Kanezashi Masakoto;Tsuru Toshinori
• 通讯作者: Tsuru Toshinori

実例で学ぶ化学工学

通过实际例子学习化学工程

• 发表时间: 2022
• 作者: Tianxiang Yang;Yuki Nishida;Haruka Yamashita;Masayuki Goto;化学工学会教科書委員会
• 通讯作者: 化学工学会教科書委員会

Subnano-tuning of amorphous Silicon-based membranes for improved performance: Fabrication, characterization, and application to gas and liquid phase

非晶硅基膜的亚纳米调谐以提高性能：制造、表征以及在气相和液相中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayashi Keita;Sugimura Haruna;Kamei Toshiyuki;Shimanouchi Toshinori;Nakamura Hidemi;Umakoshi Hiroshi;高橋拓海，松井康哲，加納雅也，本田清将，大垣拓也，太田英輔，池田浩;Toshinori Tsuru
• 通讯作者: Toshinori Tsuru

低温アンモニア合成触媒の開発:50℃でアンモニアを合成する不均一系触媒

低温氨合成催化剂的开发：50℃合成氨的多相催化剂

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Tahara;M. Sakamoto;T. Teranishi;and Y. Kanemitsu;原 亨和
• 通讯作者: 原 亨和