JP2010194516A - アンモニア分解触媒 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属を取り込むことが可能な特定のヒドラゾン化合物を出発原料とする分子量千〜５０万のポリマーに遷移金属が配位されてなる錯体を還元処理してなるアンモニア分解触媒。
【効果】遷移金属の分散性を低下させずに遷移金属担持量を増やすことができ、所要の活性を得るために必要な触媒の使用量を減らすことができる。
【選択図】なし
【効果】遷移金属の分散性を低下させずに遷移金属担持量を増やすことができ、所要の活性を得るために必要な触媒の使用量を減らすことができる。
【選択図】なし
Description
本発明は、アンモニア分解方法またはアンモニアからの水素製造に用いられる遷移金属担持アンモニア分解触媒に関するものである。
従来、活性金属としてルテニウムを担体に担持した触媒は、担体として酸化マグネシウムなどの塩基性酸化物や活性炭を使用し、この担体にルテニウムを含浸担持法などにより担持したものである（特許文献１および特許文献２参照）。このような構造の触媒では、ルテニウムと担体の相互作用はあまり強くないため、ルテニウムは担体にうまく固定化されない。したがって、ルテニウムが担体に担持された後に行う還元工程でルテニウムの凝集が容易に起こり、分散性が低下する。一般に、担持金属触媒の触媒反応は担持された金属粒子の表面で起こるため、担持金属粒子が凝集し粒子径が大きくなると担持金属の表面積が低下し、そのため活性は低下する。
ルテニウムの凝集を抑制して粒径を小さくすることができれば、所要の活性を得るために必要なルテニウムの使用量を減らすことができる。そのためには凝集が起こらないようにルテニウムを固定化することが考えられる
自動車用固体高分子型燃料電池の燃料として水素が用いられているが、一回の燃料補給による走行距離を500km以上にするためには、水素を70MPaの圧力容器に充填する必要がある。そのためには、水素を供給するためのインフラストラクチュア（水素ステーション）を全国に設置する必要があり、さらに圧力容器にもコストがかかるので、これらが燃料電池車の普及を阻害している一つの原因となっている。
自動車用固体高分子型燃料電池の燃料として水素が用いられているが、一回の燃料補給による走行距離を500km以上にするためには、水素を70MPaの圧力容器に充填する必要がある。そのためには、水素を供給するためのインフラストラクチュア（水素ステーション）を全国に設置する必要があり、さらに圧力容器にもコストがかかるので、これらが燃料電池車の普及を阻害している一つの原因となっている。
一方、アンモニアは1MPa以下の圧力で液化するので、オンボードでアンモニアを分解して水素を発生させることができる。したがって、優れたアンモニア分解触媒を開発できれば、自動車用燃料電池の燃料としてアンモニアを使用でき、上記課題の解決が図れる。
本発明者らは、ルテニウムの凝集を抑制して粒径を小さくする方法を検討した結果、以下の方法で粒径が小さいルテニウムを担体に担持することが可能であることを見出した。
本発明は、
一般式［I］
一般式［I］
（式中、Ｒ１は水素原子または、ハロゲン化されていてもよい炭素数１〜１０の炭化水素基、Ｒ２およびＲ３は、同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アシル基、エステル基、カルボキシル基、ホルミル基、ニトリル基、スルホン基、アリール基、または炭素数１〜１５の直鎖状ないしは分枝状アルキル基である。同アルキル基ないしはアリール基はハロゲン化されていても良く、また互いに結合して該フェニル環と共に縮合環を形成していてもよい。ＸおよびＹは、同一または異なり、水素原子または水酸基である。ＺはＣＨまたはＮを意味する。Ｒ４およびＲ５は、同一または異なり、水素原子、水酸基、エーテル基、アミノ基、アリール基、または炭素数１〜１５の直鎖状ないしは分枝状アルキル基である。ｘは1と２の間の実数、ｙは１と３の間の実数、ｎは２と１２０の間の実数である。）
で表される分子量１，０００〜５００，０００のポリマーに遷移金属が配位されてなる錯体を還元処理してなるアンモニア分解触媒を提供する。
で表される分子量１，０００〜５００，０００のポリマーに遷移金属が配位されてなる錯体を還元処理してなるアンモニア分解触媒を提供する。
本発明のアンモニア分解触媒の製造に用いられるポリマー［I］は、
一般式［II］
一般式［II］
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｘ、ＹおよびＺは上記の定義の通りである。）
で表されるヒドラゾン化合物を
一般式［III］
で表されるヒドラゾン化合物を
一般式［III］
（式中、Ｒ４およびＲ５は上記の定義の通りである。）
で表されるフェノール化合物およびホルムアルデヒドまたはパラホルムアルデヒドと、酸または塩基の存在下に、縮合させて得られたものであってよい。
で表されるフェノール化合物およびホルムアルデヒドまたはパラホルムアルデヒドと、酸または塩基の存在下に、縮合させて得られたものであってよい。
ヒドラゾン化合物とフェノール化合物とホルムアルデヒドまたはパラホルムアルデヒドの割合はモル比で１：１：１〜１：３：４、好ましくは１：１：２である。
ポリマー中の遷移金属の割合は５．０〜１５．０重量％、好ましくは１０．０重量％である。
本発明のアンモニア分解触媒の製造に用いられる遷移金属は、粒径１ｎｍ以下の微粒子の形態をなすことが好ましい。遷移金属の粒径は、通常は透過型電子顕微鏡を用いて測定される。
遷移金属錯体は、ポリマー［I］を遷移金属化合物と媒体中で混合することによりポリマー［I］に遷移金属を配位させてなるものであってもよい。
ポリマー［I］をＮ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランのような有機溶媒の溶液形態で遷移金属化合物の溶液と混合することが好ましい。これは、溶液形態では遷移金属がポリマー［I］の所望部位に入る確率が高くなり、遷移金属が効果的に触媒活性に寄与し触媒活性を向上するからである。ポリマー［I］を溶解する有機溶媒および遷移金属化合物を溶解する溶媒としては、相互に溶解するものを用いる。
遷移金属錯体は、ヒドラゾン化合物［II］を遷移金属化合物と媒体中で混合することによりヒドラゾン化合物［II］に遷移金属を配位させ、次いで遷移金属含有ヒドラゾン化合物［II］をフェノール化合物［III］およびホルムアルデヒドまたはパラホルムアルデヒドと酸または塩基の存在下に縮合させて得られたものであってもよい。
遷移金属錯体を調製するのに好ましいヒドラゾン化合物［II］は、下記のものである。
４−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物１）、
２−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１−オール（化合物２）、
４−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１−オール（化合物３）、
３−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，４−ジオール（化合物４）、
４−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］メチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物５）、
４−｛１−［（４−ニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物６）、
４−｛１−［（２−ニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物７）、
４−｛１−［（２，４−ジクロロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物８）、
４−｛１−［（フェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物９）、
４−｛１−［（２−ピリジノ）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物１０）、
ヒドラゾン化合物［II］のうちピリジン環を有するヒドラゾン化合物は、例えば、下記に示す反応スキームに従って製造することができる。
（式中、Ｐｙは２−ピリジル基、３−ピリジル基又は４−ピリジル基を示す。）
一般式（１）で表されるヒドラゾン化合物は、適当な溶媒中又は無溶媒で、縮合剤の存在下又は非存在下で、一般式（２）で表されるケトン化合物（２，４−ジヒドロキシアセトフェノン）と一般式（３）で表されるヒドラジン化合物（ヒドラジノピリジン）とを反応させることにより製造することができる。
一般式（１）で表されるヒドラゾン化合物は、適当な溶媒中又は無溶媒で、縮合剤の存在下又は非存在下で、一般式（２）で表されるケトン化合物（２，４−ジヒドロキシアセトフェノン）と一般式（３）で表されるヒドラジン化合物（ヒドラジノピリジン）とを反応させることにより製造することができる。
一般式（２）で表されるケトン化合物及び一般式（３）で表されるヒドラジン化合物は、共に公知であり、市販品として入手又は一般的な方法に準じて合成することができる。
上記反応における各化合物の使用量としては、一般式（２）で表されるケトン化合物１モルに対して、一般式（３）で表されるヒドラジン化合物を、通常、０．８〜１０モル、好ましくは、１．０〜５，０モル、より好ましくは１．０〜２．０モルの範囲とする。
上記反応は、酸触媒の存在下で進行するが、反応を促進するために縮合剤を用いることが好ましい。酸触媒の具体例としては、例えば、塩化水素、濃硫酸、リン酸、酢酸、等のプロトン酸を用いることができ、また、縮合剤の具体例としては、例えば、ＤＣＣ（ジシクロヘキシルカルボジイミド）等の一般的なものを用いることができる。酸触媒、縮合剤の使用量としては、一般式（２）で表されるケトン化合物１モルに対して、酸触媒、縮合剤それぞれを、通常、０．０００１〜１０モル、好ましくは０．０００１〜５モル、より好ましくは０．０００１〜２モルの範囲とする。
また、上記反応は、無溶媒でも進行するが、より円滑に反応を進行させるために溶媒を用いることが好ましい。該反応に用いうる溶媒としては、反応を阻害せず安定なものであれば良く、例えば、フェニルエーテル、アニソール等のエーテル類；トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン等の芳香族炭化水素類：デカリンその他脂環式炭化水素類：Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノン（ＤＭＩ）、Ｎ一メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホラン（ＴＭＳＯ２）等の非プロトン性極性溶媒類：ニトロベンゼン、ｐ−ニトロトルエン等の芳香族系ニトロ化合物：クロロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等の芳香族系ハロゲン化合物等を例示できる。
溶媒の使用量としては、一般式（３）で表されるケトン化合物１モルに対して、通常、０〜３．０Ｌ、好ましくは０．０５〜１．５Ｌの範囲である。
上記反応の反応温度は、反応が進行する限りにおいて、特に制限はないが、通常、−２０℃〜１５０℃、好ましくは１０℃〜１２０℃、より好ましくは２０〜１００℃の範囲である。
また、反応時間は特に制限されないが、副生成物抑制の観点等から、好ましくは０．５〜４０時間である。
反応後は、析出した結晶をろ過等により分離し、必要に応じてメタノール等の有機溶媒や水、これらの混合物等を用いて洗浄し、乾燥すればよい。乾燥温度は特に限定されず、ヒドラゾン化合物（１）の融点又は分解点未満であれば差し支えないが、通常、２０〜２００℃、好ましくは３０〜１８０℃、さらに好ましくは４０〜１５０℃の範囲を例示できる。
ヒドラゾン化合物（１）の製造例を以下に示す。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた３Ｌの４つ口フラスコに、２−ヒドラジノピリジン３ ３．８ｇ（０．３０９ｍｏ１）及びメタノール２Ｌを仕込み、攪拌下、室温で濃硫酸ｌｍＬを滴下した。その後、２，４−ジヒドロキシアセトフェノン４４．０ｇ（０．２８９ｍｏｌ）を仕込み、４０℃で８時間攪拌して反応させた。
析出した結晶をろ過で取り出し、メタノール及び水で洗浄し、６０℃で乾燥後、浚黄色の結晶として３ ３．０ｇの４−｛１−［（２−ピリジンー２−イル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼンｌ，３−ジオールを得た。収率は５０％だった。
得られた結晶について、ＧＣ／ＭＳ、ＩＨ−ＮＭＲ、ＩＲ測定を行った。結果を以下に示す。
・融点：２３０℃
・ＧＣ／ＭＳ (ＥＩ)：Ｍ／Ｚ＝２４３（Ｍ＋）、２２８（Ｍ＋−ＣＨ３）
・１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＤＭＳＯ−ｄ６）：ｄ＝２．３３（ｓ，３Ｈ）， 6.26(d, 1H, J=2.4Hz), 6.31(dd, 1H, J=2.4Hz, J=8．7Hz), 6.80(ddd, 1H, J=0.7Hz, J=5.1Hz, J=7.2Hz), 6.89(d, 1H, J=8.4Hz), 7.36(d, 1H, J=8.7Hz), 7.64(ddd, 1H, J=1.8Hz, J=7.2Hz, J=8.4Hz), 8.18(ddd, 1H, J=0.7Hz, J=1.8Hz, J= 5.1Hz), d=9.65(s, 1H), d=9.93(s, 1H), d=13.36(s, 1H)
・IR (KBr, cm-1): 3440, 3372, 1630, 1598, 1578, 1506, 1454, 1255, 767
フェノール化合物［III］はフェノールであることが好ましい。
・ＧＣ／ＭＳ (ＥＩ)：Ｍ／Ｚ＝２４３（Ｍ＋）、２２８（Ｍ＋−ＣＨ３）
・１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＤＭＳＯ−ｄ６）：ｄ＝２．３３（ｓ，３Ｈ）， 6.26(d, 1H, J=2.4Hz), 6.31(dd, 1H, J=2.4Hz, J=8．7Hz), 6.80(ddd, 1H, J=0.7Hz, J=5.1Hz, J=7.2Hz), 6.89(d, 1H, J=8.4Hz), 7.36(d, 1H, J=8.7Hz), 7.64(ddd, 1H, J=1.8Hz, J=7.2Hz, J=8.4Hz), 8.18(ddd, 1H, J=0.7Hz, J=1.8Hz, J= 5.1Hz), d=9.65(s, 1H), d=9.93(s, 1H), d=13.36(s, 1H)
・IR (KBr, cm-1): 3440, 3372, 1630, 1598, 1578, 1506, 1454, 1255, 767
フェノール化合物［III］はフェノールであることが好ましい。
遷移金属としてはルテニウムまたは鉄が好ましい。ルテニウム化合物としては塩化ルテニウムが好ましい。鉄化合物としては酢酸鉄が好ましい。
遷移金属錯体は、これを水素還元処理することによりアンモニア分解触媒となされる。
水素還元処理の温度は好ましくは１５０〜３６０℃、より好ましくは３００〜３６０℃である。この温度が低すぎると遷移金属化合物から単体遷移金属への還元が十分になされず、３６０℃を超えるとポリマーが分解し遷移金属の凝集が起きて触媒活性の低下をきたす。
水素還元処理の温度は好ましくは１５０〜３６０℃、より好ましくは３００〜３６０℃である。この温度が低すぎると遷移金属化合物から単体遷移金属への還元が十分になされず、３６０℃を超えるとポリマーが分解し遷移金属の凝集が起きて触媒活性の低下をきたす。
本発明によるアンモニア分解触媒は、反応温度２５０〜３６０℃で同触媒の存在下にアンモニアを分解し水素を製造する方法に好適に使用される。この反応温度が２５０℃より低いと触媒活性が発現せず、３６０℃を超えるとポリマーが分解し遷移金属の凝集が起きて触媒活性の低下をきたす。
例えばルテニウム担持アンモニア分解触媒はより具体的には下記のように調製される。
金属を取り込むことが可能な特定のヒドラゾン化合物を出発原料としてポリマーを作製する。このポリマーを塩化ルテニウムなどのルテニウム化合物の水溶液に分散する。または該ポリマーをＮ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランのような有機溶媒に溶解し、この溶液に塩化ルテニウムなどのルテニウム化合物の水溶液を添加する。一定時間経過した後、生じた固体を濾過により回収する。この回収固体を加熱下に水素還元処理する。こうして得られる触媒は、担持されたルテニウムの粒径が1nm以下のものであり、ルテニウムの凝集が抑制されていることがわかる。またこの触媒のアンモニア分解活性は、従来触媒と同一のルテニウム担持量にも拘わらず従来触媒よりも高い。これは、担持されたルテニウムの粒径が小さく表面積が大きくなったことによると考えられる。粒径が小さいルテニウムを担持できる理由として、ポリマーの出発原料として用いたヒドラゾン化合物にはルテニウムを配位できる場所があり、ここにルテニウムが固定化される。
ルテニウムが固定化されたヒドラゾン化合物はポリマー化される。例えば、４−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオールの場合、ポリマーは
に示す繰り返し単位からなる構造をしており、固定化されたルテニウムどうしが互いに近接する可能性が低く、そのため凝集が抑制されている。
本発明によるアンモニア分解触媒は、ペレット状の形態をなし、粒径は６０メッシュ以上４０メッシュ以下（すなわち４０メッシュの篩いを通過し、６０メッシュの篩い上に残る粒子の大きさ）である。
本発明による遷移金属担持触媒は、凝集が起こらないように遷移金属を固定化したものであるので、遷移金属の分散性を低下させずに遷移金属担持量を増やすことができ、したがって、所要の活性を得るために必要な触媒の使用量を減らすことができる。
つぎに、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例およびこれとの比較を示すための比較例をいくつか挙げる。
実施例１
モノマーとして４−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物１）１６ｇをイオン交換水３００ｍｌ中に懸濁し、得られた懸濁液にフェノール６．０ｇと４０ｗｔ％のホルムアルデヒド水溶液５ｍｌを室温で加えた。この混合物に更にNaOH０．５ｇを添加して、全体を攪拌し、１１０℃で８時間還流を行った。
モノマーとして４−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物１）１６ｇをイオン交換水３００ｍｌ中に懸濁し、得られた懸濁液にフェノール６．０ｇと４０ｗｔ％のホルムアルデヒド水溶液５ｍｌを室温で加えた。この混合物に更にNaOH０．５ｇを添加して、全体を攪拌し、１１０℃で８時間還流を行った。
こうして得られた固体物質を濾取し、イオン交換水で数回洗浄後、イオン交換水の中でそのｐHを７に調整した。その後、濾過、洗浄後、６０℃で２〜３時間乾燥をすることにより分子量１，０００〜５００，０００のポリマー２７．５ｇを得た。
このポリマーを１０ｇ／ｌの塩化ルテニウム水溶液１００ｍｌに懸濁させ、２時間攪拌後、濾過により固体３０ｇを得た。この固体を反応器に充填し３６０℃で2時間水素還元処理することによりペレット触媒（６０／４０メッシュ）を得た。
実施例２〜１０
モノマーとして
２−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１−オール（化合物２）、
４−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１−オール（化合物３）、
３−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，４−ジオール（化合物４）、
４−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］メチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物５）、
４−｛１−［（４−ニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物６）、
４−｛１−［（２−ニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物７）、
４−｛１−［（２，４−ジクロロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物８）、
４−｛１−［（フェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物９）、
４−｛１−［（２−ピリジノ）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物１０）、
を用いた以外、実施例１と同様の操作を行い、触媒を得た。
実施例１１
モノマーとして４−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物１）１６ｇを１０ｇ／ｌの塩化ルテニウム水溶液１００ｍｌに懸濁し、２時間攪拌後、濾過により固体１８ｇを得た。この固体をイオン交換水２００ｍｌ中に懸濁し、得られた懸濁液にフェノール６．０と４０ｗｔ％のホルムアルデヒド水溶液５ｍｌを室温で加えた。この混合物に更にNaOH０．５ｇを添加して、全体を攪拌し、１１０℃で８時間還流を行った。
モノマーとして４−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物１）１６ｇを１０ｇ／ｌの塩化ルテニウム水溶液１００ｍｌに懸濁し、２時間攪拌後、濾過により固体１８ｇを得た。この固体をイオン交換水２００ｍｌ中に懸濁し、得られた懸濁液にフェノール６．０と４０ｗｔ％のホルムアルデヒド水溶液５ｍｌを室温で加えた。この混合物に更にNaOH０．５ｇを添加して、全体を攪拌し、１１０℃で８時間還流を行った。
こうして得られた固体物質を濾取し、イオン交換水で数回洗浄後、イオン交換水の中でそのｐHを７に調整した。その後、濾過、洗浄後、６０℃で２〜３時間乾燥をすることにより分子量１，０００〜５００，０００のポリマー３０ｇを得た。この固体を反応器に充填し３６０℃で2時間水素還元処理することにより触媒を得た。
実施例１２〜２０
モノマーとして
２−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１−オール（化合物２）、
４−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１−オール（化合物３）、
３−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，４−ジオール（化合物４）、
４−｛１−［（２，４−ジニトロフェニル）ヒドラゾノ］メチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物５）、
４−｛１−［（４−ニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物６）、
４−｛１−［（２−ニトロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物７）、
４−｛１−［（２，４−ジクロロフェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物８）、
４−｛１−［（フェニル）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物９）、
４−｛１−［（２−ピリジノ）ヒドラゾノ］エチル｝ベンゼン−１，３−ジオール（化合物１０）、
を用いた以外、実施例１１と同様の操作を行い、触媒を得た。
比較例１
活性炭１００ｇを１０ｇ／ｌ（ルテニウムとして）の塩化ルテニウム水溶液１００ｍｌに8時間浸漬後、水溶液から取り出し、１１０℃、空気下で乾燥した。こうして塩化ルテニウムを担持した活性炭を反応管に充填し、４５０℃で2時間水素還元処理することにより触媒を得た。
活性炭１００ｇを１０ｇ／ｌ（ルテニウムとして）の塩化ルテニウム水溶液１００ｍｌに8時間浸漬後、水溶液から取り出し、１１０℃、空気下で乾燥した。こうして塩化ルテニウムを担持した活性炭を反応管に充填し、４５０℃で2時間水素還元処理することにより触媒を得た。
実施例２１〜３０
塩化ルテニウム水溶液の代わりに、０．１ｍｏｌ／ｌの酢酸鉄水溶液を用いた以外、実施例１〜１０と同様の操作を行った。
塩化ルテニウム水溶液の代わりに、０．１ｍｏｌ／ｌの酢酸鉄水溶液を用いた以外、実施例１〜１０と同様の操作を行った。
比較例２
塩化ルテニウム水溶液の代わりに、１０ｇ／ｌ（鉄として）の酢酸鉄水溶液を用いた以外、比較例１と同様の操作を行った。
塩化ルテニウム水溶液の代わりに、１０ｇ／ｌ（鉄として）の酢酸鉄水溶液を用いた以外、比較例１と同様の操作を行った。
酢酸鉄を担持した活性炭を反応管に充填し、４５０℃で2時間水素還元処理することにより触媒を得た。
実施例３１〜４０
実施例１と同様の操作で得られたポリマーをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解し、このポリマー溶液に塩化ルテニウム水溶液を、ポリマー中のヒドラゾン化合物とルテニウムのモル比が１：１になるように添加し、この混合液を２時間攪拌した後、濾過により固体３０ｇを得た。その他の点は実施例１〜１０と同様の操作を行った。
実施例１と同様の操作で得られたポリマーをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解し、このポリマー溶液に塩化ルテニウム水溶液を、ポリマー中のヒドラゾン化合物とルテニウムのモル比が１：１になるように添加し、この混合液を２時間攪拌した後、濾過により固体３０ｇを得た。その他の点は実施例１〜１０と同様の操作を行った。
性能評価試験
実施例および比較例で得られた各触媒のアンモニア分解活性を、図１に示す試験装置を用いて下記の試験条件で測定した。図１中，（１）はアンモニア分解用の反応器、（２）は反応器（１）に設けられた触媒充填層、（３）は反応器（１）のヒータ、（４）（５）は触媒充填層の上端および下端に配された熱電対、（６）は反応器（１）の頂部に供給されるアンモニア（＋ヘリウム）の流量計、（７）は反応器（１）の下端から出るガス中の残存アンモニアを捕捉するトラップ、（８）（９）はアンモニア分解生成ガスの流量計およびガスクロマトクラフィである。
実施例および比較例で得られた各触媒のアンモニア分解活性を、図１に示す試験装置を用いて下記の試験条件で測定した。図１中，（１）はアンモニア分解用の反応器、（２）は反応器（１）に設けられた触媒充填層、（３）は反応器（１）のヒータ、（４）（５）は触媒充填層の上端および下端に配された熱電対、（６）は反応器（１）の頂部に供給されるアンモニア（＋ヘリウム）の流量計、（７）は反応器（１）の下端から出るガス中の残存アンモニアを捕捉するトラップ、（８）（９）はアンモニア分解生成ガスの流量計およびガスクロマトクラフィである。
試験条件
反応温度(℃) 300℃
圧力 常圧
入ロアンモニア濃度(%) 100％
空間速度(m3/h/ｍ3-触媒) 5000
測定結果は表１〜表３に示す通りである。
反応温度(℃) 300℃
圧力 常圧
入ロアンモニア濃度(%) 100％
空間速度(m3/h/ｍ3-触媒) 5000
測定結果は表１〜表３に示す通りである。
実施例と比較例を比較すると、遷移金属担持量はほぼ同じであるにも拘わらず、アンモニア分解率は実施例の方がはるかに高いことがわかる。担持された遷移金属の粒径は実施例では全て１nm以下であるのに対して比較例では７．８ｎｍまたは９．８ｎｍと大きく、実施例では遷移金属粒子の表面積が高いため、アンモニア分解率が高くなったと考えられる。
以上の結果より、本発明が有効であることが確認された。
（１) 反応器
（２） 触媒充填層
（３） ヒータ
（４）（５） 熱電対
（６） 流量計
（７） トラップ
（８） 流量計
（９）ガスクロマトクラフィ
（２） 触媒充填層
（３） ヒータ
（４）（５） 熱電対
（６） 流量計
（７） トラップ
（８） 流量計
（９）ガスクロマトクラフィ
Claims (4)
- 一般式［I］
で表される分子量１，０００〜５００，０００のポリマーに遷移金属が配位されてなる錯体を還元処理してなるアンモニア分解触媒。 - 遷移金属が粒径１ｎｍ以下の微粒子の形態をなす請求項１記載のアンモニア分解触媒。
- 遷移金属がルテニウムである請求項１または２記載のアンモニア分解触媒。
- 遷移金属が鉄である請求項１または２記載のアンモニア分解触媒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009045397A JP2010194516A (ja) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | アンモニア分解触媒 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010196002A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Toyota Motor Corp | ヒドラゾンポリマー及び金属錯体形成用ヒドラゾンポリマー |
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2009
- 2009-02-27 JP JP2009045397A patent/JP2010194516A/ja active Pending
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