Process intensification for green NH3 via advanced membrane separation and catalysts

点击翻译按钮获取中文摘要

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。