二酸化炭素の高速メタノール化を実現する触媒構造の設計

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地球温暖化の主要な原因と考えられる二酸化炭素の蓄積を緩和することを目的として、付加価値の高いメタノールにできるだけ高速で変換できる高性能触媒の開発を行った。合成ガスからメタノールを合成するのに用いられている工業触媒は、CuO-ZnO-Cr_2O_3-Al_2O_3などの多成分系の金属酸化物で、沈澱法により調製されているが、この方法では不均一性が大きい。そこで本研究では、これらの成分の硝酸塩混合液にアンモニアガスを適当な濃度と時間接触させて全体をゲル化する均一ゲル化法を創案して調製した。この調製法による触媒は、沈澱法による触媒よりも活性が高く、メタノールの収量は1.5倍となった。80気圧の加圧条件下での接触時間61秒の反応では、メタノールの生成は270℃以上で平衡値に達したが、平衡値の大きい250℃では約半分であった。そこで、二酸化炭素のメタン化に顕著な効果を認めていた酸化ランタンや、水素の吸着速度を増大させるパジヂウムや銀を触媒に添加したところ、250℃でも平衡値に達する活性の増大を実現させることができた。このときのメタノールへ転化した二酸化炭素の転化率は30%、メタノールの収量は、触媒1リットル当たり、1時間当たり16.5モルという極めて高い水準を実現することができた。しかし、二酸化炭素の蓄積を緩和させるという目標に照らせば、この数値は依然極めて不十分なものである。二酸化炭素をメタンに変換させる場合には、常圧下でも、同じ触媒量と時間当たりに500モルを実現させているので、このときの触媒構造の特徴をメタノール合成に対しても組み入れることを種々試みた。たとえば、5〜10ミクロン径のセラミック繊維を不繊布状に厚さ1ミリメートルに成型したものを用い、これに均一ゲル化法でメタノール合成触媒を担持させて、二餌化炭素の水素化に用いた結果、50気圧下、触媒時間3.3秒、290℃の反応条件下で、上記単位で76モルにまで増大させることができた。