物質移動のベクトル制御が可能なゼオライト触媒膜を用いた遂次反応の中間体選択生成

使用沸石催化剂膜在连续反应中选择性生成中间体，从而实现传质的矢量控制

• 批准号: 13126201
• 负责人: 増田 隆夫
• 金额: $ 6.78万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13126201/
• 关键词: ゼオライト触媒膜; 酸点分布制御; ナノクリスタル; 拡散速度; 逐次反応; メタノールの反応; MFI型ゼオライト膜; 触媒膜; 構造触媒; 反応・分離; MTO反応; メタノール; オレフィン

中間体を目的物質として逐次反応を実施する際,反応率と選択率の両者を同時に向上させるものとして,構造体触媒であるゼオライト触媒膜が考えられる。そこで、MFI型ゼオライト膜型反心器を用いてメタノールの反応を行い、中間体であるオレフィンの選択合成(MTO反応)を検討した。緻密な膜は反応率55〜98%でオレフィン選択率が80%を越えた。この膜の選択性の向上のためには、メタノール供給側の活性点(酸点)を不活性化する必要がある。そこで、最小分子径の異なるシラン化合物を用いて酸点に化学吸着させ、分解することでSi原子を含むコークを生成後、酸化することで酸点上にSiO_2粒子を形成させることで酸点を不活性化した。本法にトリフェニルシランを用いることで、ゼオライト結晶外表面の酸点を選択的に不活性化できることを見いだした。その結果、反応率5〜70%の範囲でオレフィン選択率90%を実現した。さらに、膜透過速度の向上を目的として、ゼオライトナノクリスタルを積層した膜が高い選択性を維持しながら透過速度を向上できることを見いだした。そこで、まずW/Oエマルション技術により約100nmの単分散MFI型ゼオライトナノクリスタルの調製法を開発した。ついで、その結晶を用いて触媒膜を作製し,原料と生成物の膜透過速度の向上を図った。その結果、透過速度を10倍以上に向上できた。さらに、シラン処理することで、芳香族の生成を無視小にできることに成功した。

Intermediates を purpose material と し て successive anti 応 を be applied す る interstate, anti 応 rate と sentaku rate の struck the を に さ upward at the same time せ る も の と し て, constructs catalyst で あ る ゼ オ ラ イ ト catalytic membrane が exam え ら れ る. そ こ で, MFI ゼ オ ラ イ ト membrane shape core を with い て メ タ ノ ー ル の anti 応 を い, intermediates で あ る オ レ フ ィ ン の sentaku synthesis (MTO) against 応 を beg し 検 た. The <s:1> reverse 応 rate of the dense な film is 55 to 98%, the で レフィ レフィ <s:1> is selected, the 択 rate が is 80%, and the を is higher than the えた. The <s:1> membrane <s:1> selects the 択 property <e:1> to the upward direction, ために ために, メタノ, and メタノ. The supply-side <s:1> active site (acid site)を is inactivated する and necessary がある. そ こ で, minimum の different molecular size な る シ ラ を ン compounds with い て acid point に chemical sorption さ せ, decomposition す る こ と で を Si atoms contain む コ ー ク を generated after, acidification す る こ と で acid point に SiO_2 particle を form さ せ る こ と で acid を not activeness し た. This law に ト リ フ ェ ニ ル シ ラ ン を with い る こ と で, ゼ オ ラ イ ト surface の acid crystallization point を sentaku に not activeness で き る こ と を see い だ し た. Youdaoplaceholder0 <s:1> results, inverse 応 rate 5-70%, <s:1> norm 囲で レフィ レフィ <s:1> selected 択 rate 90%, を actual occurrence た. の さ ら に, membrane through speed up を purpose と し て, ゼ オ ラ イ ト ナ ノ ク リ ス タ ル を horizon し た membrane が high い sentaku sex を maintain し な が ら を through speed up で き る こ と を see い だ し た. そ こ で, ま ず W/O エ マ ル シ ョ ン technology に よ り about 100 nm の 単 dispersion type MFI ゼ オ ラ イ ト ナ ノ ク リ ス タ ル の regulation law を open 発 し た. Youdaoplaceholder0 で, そ <s:1> crystal を is prepared with a <s:1> て catalyst film を, and the membrane permeation rate of the raw material と product <s:1> is upward を figure った. Youdaoplaceholder0 そ result, through velocity を more than 10 times に upward で た た. さ ら に, シ ラ ン 処 Richard す る こ と で, aromatic の を ignore small に で き る こ と に successful し た.

项目成果

T.Masuda, S.Otani, T.Tsuji, M.Kitamura, S.R.Mukai: "Preparation of Hydrophilic and Acid-Proof Silicalite-1 Zeolite Membrane and Its Application to Selective Separation of Water by Pervaporation"Separation and Purification Technology. (in press).

T.Masuda、S.Otani、T.Tsuji、M.Kitamura、S.R.Mukai：“亲水耐酸Silicalite-1沸石膜的制备及其在渗透汽化选择性分离水中的应用”分离纯化技术。

増田 隆夫: "減圧TPD法による固体触媒の酸・塩基特性の同時評価"触媒. 43. 434-436 (2001)

Takao Masuda：“通过减压TPD法同时评价固体催化剂的酸碱性质”，《催化》43. 434-436（2001）。

T.Masuda, T.Asanuma, M.Shouji, S.R.Mukai, M.Kawase, K.Hashimoto: "Methanol to Olefins Using ZSM-5 Zeolite Catalyst Membrane Reactor"Chemical Engineering Science. 58. 649-656 (2003)

T.Masuda、T.Asanuma、M.Shouji、S.R.Mukai、M.Kawase、K.Hashimoto：“利用 ZSM-5 沸石催化剂膜反应器制甲醇”化学工程科学。

T.Masuda, Y.Okubo, S.R.Mukai, M.Kawase, K.Hashimoto, A.Shichi, A.Satsuma, T.Hattori: "Effective Diffusivities of Lighter Hydrocarbons in Cu- and Co-MFI Type Zeolite"Chemical Engineering Science. 56. 889-896 (2001)

T.Masuda、Y.Okubo、S.R.Mukai、M.Kawase、K.Hashimoto、A.Shichi、A.Satsuma、T.Hattori：“轻质烃在 Cu- 和 Co-MFI 型沸石中的有效扩散系数”化学工程科学

T.Masuda: "Peculiar Diffusion Mechanisms within Micropores of Zeolite Catalysts"Journal of the Japan Petroleum Institute. 46. 281-294 (2003)

T.Masuda：“沸石催化剂微孔内的特殊扩散机制”日本石油学会期刊。