JP6583735B2 - 有機ハイドライド用脱水素触媒及びその製造方法 - Google Patents
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(1)触媒の作製(蒸発乾固法)
(酸化チタン)
酸化チタン(TiO2)粒子(アナターゼ型、比表面積270m2/g、JRC−TIO−7、堺化学工業(株)製)を0.500g秤量し、これを50.0mLの蒸留水と共にフラスコ内へ投入した。アスピレーターで減圧しながら、フラスコ内の酸化チタン粒子分散液を12時間の間撹拌した。その後、0.010gの硝酸テトラアンミン白金を蒸留水に溶解させて得た水溶液をフラスコ内に投入し、さらに2時間の間大気圧下で撹拌を行った。次いで、酸化チタン粒子分散液を80℃に保温されたホットスターラー上で加熱し、撹拌しつつ蒸発乾固法によって水を除去した。このとき、酸化チタン粒子を均一に乾燥させるために、蒸発乾固を行なっている間はガラス棒で均一に撹拌し続けた。蒸発乾固の後、得られた固形物を焼成炉で温度500℃、5時間の条件で焼成して、担体としての酸化チタン粒子及びこれに担持された白金を含む触媒(Pt/TiO2触媒)を得た。得られた触媒を、ふるいを使用して粒子径が250〜500μmとなるように分級した。触媒における白金の割合は、酸化チタン粒子の質量を基準として1.0質量%である。
アナターゼ型酸化チタン粒子に代えて、ルチル型酸化チタン粒子(比表面積100m2/g、JRC−TIO−6、堺化学工業(株)製)、酸化アルミニウム(Al2O3)粒子(JRC−ALO−8)、ゾル−ゲル法による酸化アルミニウム粒子、酸化ジルコニウム(ZrO2)粒子、酸化セリウム(CeO2)粒子、又は酸化マグネシウム(MgO)粒子を用いたことの他は上記と同様にして、それぞれの金属酸化物粒子に白金が担持されている触媒を得た。得られた触媒を、ふるいを使用して粒子径が250〜500μmとなるように分級した。各触媒における白金の割合は、金属酸化物粒子の質量を基準として1.0質量%である。
図2の装置と同様の構成を有する固定床流通式反応器を使用した。50mgの触媒を、0.5cm3の石英砂(粒子径:250〜500μm)と混合した。得られた混合粉末を、反応管20としての石英管(内径8mm)に充填し、厚さ10mmの触媒層1を形成させた。触媒層1の両側に石英ウール(固定材40)を詰めて、触媒層1の位置を固定した。次いで、用意できた反応管20をPID制御の電気炉(筒状体30)内に設置し、電気炉を350℃まで昇温した。反応管20の温度が350℃に到達した後、窒素ガスボンベ22、水素ガスボンベ23から供給された窒素ガスと水素ガスを下記表1に記載された条件で反応管20内に流通させ、触媒の前処理として還元処理を行った。
(1)触媒の作製
(イオン吸着法)
20.0mLの純水中に0.013gのヘキサクロロ白金(IV)酸を投入し、24時間撹拌を行なって、塩化白金水溶液を得た。この塩化白金水溶液のpHは2.4であった。塩化白金水溶液に0.500gの酸化チタン粒子(アナターゼ型、JRC−TIO−7、堺化学工業(株)製)を投入し、さらに24時間の間攪拌を行なった。その後、塩化白金水溶液中の酸化チタン粒子を吸引ろ過によって取り出し、室温で24時間、自然乾燥させた。続いて、酸化チタン粒子を500℃、5時間の加熱により焼成して、酸化チタン粒子及びこれに担持された白金を含む触媒(Pt/TiO2触媒)を得た。得られた触媒を、ふるいを使用して粒子径が250〜500μmとなるように分級した。触媒における白金の割合は、酸化チタン粒子の質量を基準として1.0質量%である。
図7及び図8は、得られたPt/TiO2触媒の透過型電子顕微鏡写真である。TiO2粒子のみが確認され、白金粒子は観測されなかった。白金が、電子顕微鏡で捉えられない極めて微細な粒子を形成しながら高度に分散していることが示唆される。
「検討1」において準備した蒸発乾固法によるPt/TiO2触媒が用いられた。
「検討1」と同様にして、担持法の異なる2種の触媒の活性を評価した。ただし、脱水素反応は下記表3の条件で行い、温度を300〜350℃の間で変化させて、各温度での活性を評価した。
ルチル型酸化チタン粒子(JRC−TIO−6)又は酸化アルミニウム粒子(JRC−ALO−8)に、上述のイオン吸着法と同様の操作により白金を担持させて、Pt/Al2O3触媒(Pt担持量:1.0質量%)を作製した。これらと、「検討2」と同様にしてアナターゼ型酸化チタン粒子(JRC−TLO−7)を用いて準備したイオン吸着法によるPt/TiO2触媒に関して、「検討1」と同様にして活性を評価した。ただし、脱水素反応は、下記表4の条件で24時間行われた。
酸化チタン粒子として、JRC−TIO−7(比表面積270m2/g)に代えてJRC−TIO−8(アナターゼ型、比表面積338m2/g、堺化学工業(株)製)を用いたことの他は「検討2」と同様にして、イオン吸着法によるPt/TiO2触媒を作製した。
(1)触媒粒子(脱水素触媒)の作製
40mLの蒸留水中に所定量のヘキサクロロレニウム(IV)酸カリウムを投入し、2時間撹拌を行なって、塩化レニウム水溶液(pH3〜5)を得た。そこに、2.0gの酸化チタン粒子(アナターゼ型、JRC−TIO−8、石原産業(株)製、比表面積338m2/g)を投入し、さらに24時間の攪拌を行った。その後、酸化チタン粒子を吸引ろ過によって塩化レニウム水溶液から取り出した。取り出した酸化チタン粒子を、80℃で5時間、乾燥させた。続いて、酸化チタン粒子を500℃、5時間の加熱により焼成して、酸化チタン粒子と、これに担持されたレニウムとを含む触媒粒子を得た。
各触媒粒子50mgを、0.5cm3の石英砂(粒子径:250〜500μm)と混合した。得られた混合粉末を、石英管(内径8mm)に充填し、触媒層を形成させた。触媒層の両側に石英ウールを詰めて、触媒層の位置を固定した。次いで、石英管をPID制御の電気炉内に設置し、電気炉を350℃まで昇温した。反応管の温度が350℃に到達した後、窒素ガスと水素ガスを石英管内に流通させ、触媒粒子を還元処理した。
その後、石英管を350℃に加熱しながら、石英管にメチルシクロヘキサン(MCH、液空間速度(LHSV):35h−1)を供給して、脱水素反応を5時間行った。石英管から流出するガスにおけるMCHの残存量及び生成したトルエンの量を定量することにより、MCHの転化率及びトルエン選択性を求めた。
図13は、MCHの転化率及びトルエン選択性と反応時間との関係を示すグラフである。いずれの触媒粒子も、高い転化率及び選択性を維持した。レニウムの白金に対する質量割合が0.7以下である触媒粒子によれば、白金のみが担持された触媒粒子と比較して更に高い触媒活性が得られることが確認された。
酸化チタン粒子に白金、レニウムの順で担持させたこと以外は、「検討5」と同様の手順によって、白金の割合が1.0質量%で、レニウムの割合が0.2又は0.5質量%である触媒粒子を作製した。得られた触媒粒子を用いて、「検討5」と同様の脱水素試験を行った。
図14は、MCHの転化率及びトルエン選択性と反応時間との関係を示すグラフである。担持の順序を変えた場合でも、レニウムが添加された触媒粒子によれば、白金のみが担持された触媒粒子と比較して更に高い触媒活性が得られることが確認された。
白金の割合が1.0質量%で、レニウムの割合が0.2、0.4、0.5又は0.6質量%である触媒粒子を「検討5」と同様の手順で準備した。これら触媒粒子を用いて、「検討5」と同様の方法で、20時間の脱水素試験を行った。
図15は、MCHの転化率と反応時間との関係を示すグラフである。レニウムが担持されているいずれの触媒粒子も、白金のみ触媒粒子と比較して高い触媒活性を示した。白金に対するレニウムの質量割合が0.7以下(又は0.4〜0.6)である触媒粒子が、耐久性の点でも特に優れていることが認められた。
白金の割合が1.0質量%で、レニウムの割合が0.5質量%である触媒粒子を「検討5」と同様の手順で準備した。この触媒粒子を用いて、触媒粒子の量を200mgに変更し、MCHのLHSVを4h−1に変更したこと以外は「検討5」と同様にして、200時間の脱水素試験を行った。
図16は、MCHの転化率及びトルエン選択性と反応時間との関係を示すグラフである。200時間の反応時間に至るまで触媒活性の低下はほとんど認められず、触媒粒子が高い耐久性を有していることが確認された。
白金の割合が1.0質量%で、レニウムの割合が0質量%又は0.5質量%である触媒粒子を「検討5」と同様の手順で準備した。各触媒粒子の量を50mgに変更したこと以外は「検討5」と同様にして、50時間の脱水素試験を行った。レニウムの割合が0.5質量%である触媒粒子に関しては、MCHのLHSVを4h−1に変更した200時間の脱水素試験も行った。
Claims (6)
- アナターゼ型酸化チタンを含む担体と、該担体に担持された白金及びレニウムを含む触媒金属と、を含み、前記レニウムの前記白金に対する質量割合が0.7以下である、有機ハイドライド用脱水素触媒。
- 前記レニウムの前記白金に対する質量割合が0.1以上0.7以下である、請求項1に記載の有機ハイドライド用脱水素触媒。
- レニウムを含むアニオン及び水を含有する、酸性の溶液を、前記担体と接触させることにより、前記担体に前記アニオンを吸着させ、その後、前記担体を焼成して、前記担体に前記レニウムを担持させる工程と、
白金を含むアニオン及び水を含有する、酸性の溶液を、前記担体と接触させることにより、前記担体に前記アニオンを吸着させ、その後、前記担体を焼成して、前記担体に白金を担持させる工程と、
を備える、請求項1又は2に記載の有機ハイドライド用脱水触媒を製造する方法。 - 白金を含む前記アニオンがヘキサクロロ白金(IV)酸イオンである、請求項3に記載の方法。
- 請求項1又は2に記載の有機ハイドライド用脱水素触媒を含む触媒層を備える、水素発生装置。
- 請求項1又は2に記載の有機ハイドライド用脱水素触媒の存在下で、有機ハイドライドの脱水素により水素を生成させる工程を備える、有機ハイドライドから水素を回収する方法。
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