メタンの酸化カップリング反応による高選択的エチレン合成触媒の開発

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メタンの酸化カップリング反応について、より活性の高いエチレン選択性の高い触媒の探索を行った。酸化ランタンにアルカリ金属のハロゲン化物を添加した触媒を用いると、メタンの2量化生成物中のエチレンとエタンの比が大きくなることを見いだし、触媒の形態をX-線回折により検討したところ、LaOBrのような酸化臭化物に変化していた。LaBr_3とLa_2O_3の反応により酸化臭化物を用いてメタンの酸化カップリングを行ったところ、高いエチレン選択性が得られたことより、メタンの2量化に続く脱水素過程に酸化臭化物が活性を示すことが分かった。しかし、この触媒を用いて長時間反応を行うと、次第にエチレンの選択性が低下し、酸化ランタンのみを用いたときと同じ選択性になった。これは、臭素が次第に系外へ揮散していくためと反応後の触媒が酸化ランタンに再び変化していることから推察された。酸化ランタン触媒を臭化ナトリウムの水溶液で処理したときにメタンの転化率が増大するのが認められた。このときLa_2O_3はLaOH_3に変化していたので、LaOH_3を触媒に用いて反応を行ったところ、メタンの転化率が増大し、これは酸化ランタンの表面積が5倍程度増加したためと考えられた。反応中に水酸化ランタンは反応中に酸化ランタンに再び戻るので、反応中に系内に水蒸気を導入したところ、700℃の反応では転化率が増大し、エタン、エチレン収率は増加したが、C2の選択性は変わらなかった。