低級炭化水素を原料とする超高速水素製造用高分散担持金属触媒の開発

开发以低级烃为原料超高速制氢的高度分散负载型金属催化剂

• 批准号: 15760579
• 负责人: 宍戸 哲也
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Tokyo Gakugei University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760579/
• 关键词: 水素; 合成ガス; ハイドロタルサイト; プロパン; 高分散担持Ni触媒; 固相晶析法

MgサイトにNiが置換されたMg-Alハイドロタルサイト前駆体を経由して、固相晶析法によりspc-Ni/MgAl触媒(Ni担持量16.3wt%)を調製し、プロパン水蒸気改質反応について検討を行った。(Ni+Mg)/Al比を1〜5とし検討したところ(Ni+Mg)/Al比=3の触媒が最も高い活性を示した。spc-Ni/MgAl触媒の前駆体では、Ni^<2+>はMg^<2+>サイトと置換してハイドロタルサイト中に均一に分散された。(Ni+Mg)/Al比=3のとき、最も結晶性のよいハイドロタルサイトが形成されており、前駆体中でNi種が最も高分散されていると考えられる。焼成後では、Al^<3+>が固溶したMg-Ni-O固溶体が形成した。Mg-Ni-O固溶体中にAl^<3+>が固溶することにより、Mg-Ni-O固溶体中のNi種が還元されやすくなることが分かった。spc-Ni/MgAlが最も高いNi金属分散度を示した。このように、spc-Ni/MgAl触媒上ではNi金属粒子が高分散担持されており、これが高活性の要因であると結論した。次に最も高い活性を示したspc-Ni/Mg-Alについて、第二成分としてRuおよびRhを加えた触媒を調製し検討を行った。第二成分の添加方法としては、ハイドロタルサイト調製時に同時に金属塩を滴下する共沈法および、一度ハイドロタルサイトを調製した後に、第二成分金属塩を含む溶液に調製済みのハイドロタルサイトを含浸させる逐次含浸法で行った。RuおよびRhの添加量は、0.5wt%とした。いずれの第二成分を添加した場合にも、また添加方法によらず、spc-Ni/MgAl触媒と比較して水素生成速度は、ほぼ同等であり一方、炭素析出量については、若干増加する傾向が見られた。また、活性が高い触媒ほど合成ガス選択性が高く、C_2炭化水素およびCH_4の選択性が低い傾向が見られた。プロパンの水蒸気改質反応は、いずれの触媒系でもプロパンのクラッキングによりC_2炭化水素およびCH_4が生成し、次いでこれらが改質反応により合成ガス等を生成する反応経路が主であると推定される。改質反応に十分な活性を示さない触媒では、プロパンより安定なC_2炭化水素およびCH_4の改質が進行せず、結果として合成ガスへの選択性(≒水素生成速度)が低下したと考えられる。

Mg-Ni/MgAl catalyst (Ni content 16.3wt%) was prepared by solid phase crystallization method. (Ni(Ni+Mg)/Al ratio is 1 ~ 5 and the catalyst activity is highest when (Ni+Mg)/Al ratio is 3. The precursor of spc-Ni/MgAl catalyst is uniformly dispersed in Ni^<2 +> and Mg^<2+>. (Ni+Mg)/Al ratio =3, the most crystalline and most highly dispersed Ni species in the precursor. After sintering, Al^<3+> forms solid solution and Mg-Ni-O forms solid solution. Al^<3+> in Mg-Ni-O solid solution and Ni species in Mg-Ni-O solid solution. spc-Ni/MgAl ratio is the highest in Ni metal dispersion. Conclusion: High dispersion of Ni metal particles on spc-Ni/MgAl catalyst is the main reason for high activity. The second highest activity is spc-Ni/Mg-Al, and the second component is Ru and Rh. The method of adding the second component includes the coprecipitation method, the sequential immersion method, and the preparation method. Ru Rh In addition, the second component is added in different ways, and the spc-Ni/MgAl catalyst has a tendency to increase the amount of carbon deposited. The selectivity of C_2 and CH_4 is relatively low. The catalyst system of water vapor modification of carbon dioxide and CH_4 was established in the first place, and the main reaction pathway of carbon dioxide and CH_4 was established in the second place. The activity of the modified reaction catalyst is very high, and the stability of the catalyst is very low.

项目成果

K.Takehira, T.Shishido 他3名: "Steam reforming of CH_4 over supported Ni catalysts prepared from hydrotalcite-like anionic clay"Physical Chemistry and Chemical Physics. 5. 3801-3810 (2003)

K.Takehira、T.Shishido 等 3 人：“在类水滑石阴离子粘土制备的负载型 Ni 催化剂上进行 CH_4 的蒸汽重整”，物理化学与化学物理，5. 3801-3810 (2003)。

K.Takehira, T.Shishido 他3名: "Autothermal reforming of CH_4 over supported Ni catalysts prepared from hydrotalcite-like anionic clay"Journal of Catalysis. 221. 43-54 (2004)

K.Takehira、T.Shishido 等 3 人：“在由类水滑石阴离子粘土制备的负载型 Ni 催化剂上自热重整 CH_4”Journal of Catalysis 221. 43-54 (2004)。