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公開番号2025057982
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-09
出願番号2023167863
出願日2023-09-28
発明の名称逆水性ガスシフト反応用触媒体
出願人国立大学法人東海国立大学機構
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類B01J 23/83 20060101AFI20250402BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】CH₄の生成を抑制し、CO選択率を向上させることができる逆水性ガスシフト反応用触媒体を提供する。
【解決手段】逆水性ガスシフト反応用触媒体は、逆水性ガスシフト反応(CO₂+H₂→CO+H₂O)に用いられる触媒体であり、表面に二酸化炭素ガスを吸着可能な酸化物と、触媒とを有している。触媒は、dブロック元素からなる主元素と、13族元素および14族元素の少なくとも一方からなる副元素とを含んでいる。主元素としては、Co、FeまたはCuが好ましく、13族元素としては、InまたはGaが好ましく、14族元素としては、GeまたはSnが好ましい。担体として機能させることができる酸化物としては、セリアまたはセリア系固溶体などを好適に用いることができる。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
表面に二酸化炭素ガスを吸着可能な酸化物と、触媒と、を有しており、
前記触媒は、ｄブロック元素からなる主元素と、１３族元素および１４族元素の少なくとも一方からなる副元素とを含む、
逆水性ガスシフト反応用触媒体。
続きを表示（約 460 文字）【請求項２】
前記触媒は、
前記主元素と前記副元素とを含む合金を有する、あるいは、
前記主元素を含む酸化物および前記副元素を含む酸化物、および／または、前記主元素と前記副元素とを含む酸化物を有する、
請求項１に記載の逆水性ガスシフト反応用触媒体。
【請求項３】
前記主元素は、Ｃｏ、ＦｅまたはＣｕである、
請求項１または請求項２に記載の逆水性ガスシフト反応用触媒体。
【請求項４】
前記１３族元素は、ＩｎまたはＧａであり、
前記１４族元素は、ＧｅまたはＳｎである、
請求項１または請求項２に記載の逆水性ガスシフト反応用触媒体。
【請求項５】
前記酸化物は、セリアまたはセリア系固溶体である、
請求項１または請求項２に記載の逆水性ガスシフト反応用触媒体。
【請求項６】
前記副元素の含有量が０．２質量％以上である、
請求項１または請求項２に記載の逆水性ガスシフト反応用触媒体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆水性ガスシフト反応用触媒体に関する。
続きを表示（約 5,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、脱炭素社会の実現に向けた取り組みが活発化しており、二酸化炭素（ＣＯ
２
）を原料とした化学品合成が注目を集めている。これの実現には、ＣＯ
２
の水素化反応による資源化プロセスが重要である。特に、ＣＯ
２
を、様々な化学品合成プロセスにおいて原料となる一酸化炭素（ＣＯ）へ変換することが重要視されている。ＣＯ
２
と水素（Ｈ
２
）とによりＣＯを製造する反応（ＣＯ
２
＋Ｈ
２
→ＣＯ＋Ｈ
２
Ｏ）は、逆水性ガスシフト反応と呼ばれている。しかし、化学的に安定なＣＯ
２
をＣＯへ変換することは容易ではないことから、逆水性ガスシフト反応を促すために、コバルト（Ｃｏ）などの触媒が用いられている。
【０００３】
なお、先行する非特許文献１には、逆水性ガスシフト反応によるＣＯ
２
からＣＯへの接触還元のために、ＣｅＯ
２
を用いる点が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
MinZhu, Qingfeng Ge, Xinli Zhu “Catalytic Reduction of CO2 to CO via Reverse Water Gas Shift Reaction : Recent Advances in the Design of Active and Selective Supported Metal Catalysts” (2020)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
逆水性ガスシフト反応においては、ＣＯ
２
からＣＯへの変換反応を効率よく進行させることが重要である。しかしながら、実際には、副生成物としてメタン（ＣＨ
４
）が生成する。ＣＨ
４
は非常に安定な物質であるため、一度生成するとプロセス内において原料として再利用することが極めて難しい。そのため、ＣＨ
４
を生成することなく、ＣＯのみを高い選択率で生成する触媒の開発が重要である。従来から触媒に用いられているＣｏは、比較的低温域からＣＯ
２
を活性化することができ、ＣＯ
２
転化率は高いものの、水素化活性が高いために比較的低い温度でも多くのＣＨ
４
が生成してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、ＣＨ
４
の生成を抑制し、ＣＯ選択率を向上させることができる逆水性ガスシフト反応用触媒体を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、
表面に二酸化炭素ガスを吸着可能な酸化物と、触媒と、を有しており、
前記触媒は、ｄブロック元素からなる主元素と、１３族元素および１４族元素の少なくとも一方からなる副元素とを含む、
逆水性ガスシフト反応用触媒体にある。
【発明の効果】
【０００８】
上記逆水性ガスシフト反応用触媒体は、上記構成を有している。そのため、上記逆水性ガスシフト反応用触媒体は、ＣＨ
４
の生成を抑制し、ＣＯ選択率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、実験例１において得られた、Ｃｏ（２０）／ＣｅＯ
２
、Ｆｅ（２０）／ＣｅＯ
２
、および、Ｃｕ（２０）／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ
２
転化率（ＣＯ
２
ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）（％）（縦軸）との関係を示した図である。
図２は、実験例１において得られた、Ｃｏ（２０）／ＣｅＯ
２
、Ｆｅ（２０）／ＣｅＯ
２
、および、Ｃｕ（２０）／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ選択率（ＣＯｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）（％）との関係を示した図である。
図３は、実験例２において得られた、Ｃｏ（２０）／ＣｅＯ
２
、Ｃｏ（２０）－Ｇｅ（２）／ＣｅＯ
２
、Ｃｏ（２０）－Ｓｎ（２）／ＣｅＯ
２
、および、Ｃｏ（２０）－Ｉｎ（２）／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ
２
転化率（ＣＯ
２
ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）（％）（縦軸）との関係を示した図である。
図４は、実験例２において得られた、Ｃｏ（２０）／ＣｅＯ
２
、Ｃｏ（２０）－Ｇｅ（２）／ＣｅＯ
２
、Ｃｏ（２０）－Ｓｎ（２）／ＣｅＯ
２
、および、Ｃｏ（２０）－Ｉｎ（２）／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ選択率（ＣＯｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）（％）（縦軸）との関係を示した図である。
図５は、実験例２において得られた、還元処理前（焼成直後）におけるＣｏ（２０）／ＣｅＯ
２
、Ｃｏ（２０）－Ｇｅ（２）／ＣｅＯ
２
、Ｃｏ（２０）－Ｓｎ（２）／ＣｅＯ
２
、および、Ｃｏ（２０）－Ｉｎ（２）／ＣｅＯ
２
の各触媒体についてのＸ線回折パターン（ＸＲＤパターン）を示した図である。
図６は、実験例２において得られた、還元処理前（焼成直後）におけるＣｏ（２０）／ＣｅＯ
２
、Ｃｏ（２０）－Ｇｅ（２）／ＣｅＯ
２
、Ｃｏ（２０）－Ｓｎ（２）／ＣｅＯ
２
、および、Ｃｏ（２０）－Ｉｎ（２）／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての昇温還元測定（Ｈ
２
－ＴＰＲ）の結果を示した図である。
図７は、実験例２において得られた、還元処理後におけるＣｏ（２０）／ＣｅＯ
２
、Ｃｏ（２０）－Ｇｅ（２）／ＣｅＯ
２
、Ｃｏ（２０）－Ｓｎ（２）／ＣｅＯ
２
、および、Ｃｏ（２０）－Ｉｎ（２）／ＣｅＯ
２
の各触媒体についてのＸ線回折パターン（ＸＲＤパターン）を示した図である。
図８は、実験例３において得られた、Ｇｅの担持量が異なるＣｏ－Ｇｅ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ
２
転化率（ＣＯ
２
ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）（％）（縦軸）との関係を示した図である。
図９は、実験例３において得られた、Ｇｅの担持量が異なるＣｏ－Ｇｅ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ選択率（ＣＯｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）（％）との関係を示した図である。
図１０は、実験例３において得られた、Ｇｅの担持量が異なるＣｏ－Ｇｅ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についてのＣＯ
２
転化率（ＣＯ
２
ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）（％）（横軸）と、ＣＯ選択率（ＣＯｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）（％）との関係を示した図である。
図１１は、実験例３において得られた、還元処理前（焼成直後）におけるＧｅの担持量が異なるＣｏ－Ｇｅ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についてのＸ線回折パターン（ＸＲＤパターン）を示した図である。
図１２は、実験例３において得られた、還元処理前（焼成直後）におけるＧｅの担持量が異なるＣｏ－Ｇｅ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての昇温還元測定（Ｈ
２
－ＴＰＲ）の結果を示した図である。
図１３は、実験例３において得られた、還元処理後におけるＧｅの担持量が異なるＣｏ－Ｇｅ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についてのＸ線回折パターン（ＸＲＤパターン）を示した図である。
図１４は、実験例３において得られた、逆水性ガスシフト反応実験後におけるＧｅの担持量が異なるＣｏ－Ｇｅ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についてのＸ線回折パターン（ＸＲＤパターン）を示した図である。
図１５は、実験例４において得られた、還元処理後のＣｏ（２０）／ＣｅＯ
２
触媒体についてのＳＴＥＭ－ＥＤＳ分析結果を示した図である。
図１６は、実験例４において得られた、還元処理後のＣｏ（２０）／ＣｅＯ
２
触媒体についてのＳＴＥＭ－ＥＤＳ分析結果（図１５に対して高倍率のもの）を示した図である。
図１７は、実験例４において得られた、還元処理後のＣｏ（２０）－Ｇｅ（２０）／ＣｅＯ
２
触媒体についてのＳＴＥＭ－ＥＤＳ分析結果を示した図である。
図１８は、実験例４において得られた、還元処理後のＣｏ（２０）－Ｇｅ（２０）／ＣｅＯ
２
触媒体についてのＳＴＥＭ－ＥＤＳ分析結果（図１８に対して高倍率のもの）を示した図である。
図１９は、実験例４において得られた、還元処理前（焼成直後）、逆水性ガスシフト反応後のＣｏ（２０）－Ｇｅ（２０）／ＣｅＯ
２
触媒体についてのＳＴＥＭ－ＥＤＳ分析結果を示した図である。
図２０は、実験例５において得られた、Ｆｅ（２０）／ＣｅＯ
２
、Ｃｕ（２０）／ＣｅＯ
２
、および、Ｃｏ（２０）－Ｇｅ（１０）／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ
２
転化率（ＣＯ
２
ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）（％）（縦軸）との関係を示した図である。
図２１は、実験例５において得られた、Ｆｅ（２０）／ＣｅＯ
２
、Ｃｕ（２０）／ＣｅＯ
２
、および、Ｃｏ（２０）－Ｇｅ（１０）／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ選択率（ＣＯｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）（％）との関係を示した図である。
図２２は、実験例６において得られた、Ｉｎの担持量が異なるＣｏ－Ｉｎ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ
２
転化率（ＣＯ
２
ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）（％）（縦軸）との関係を示した図である。
図２３は、実験例６において得られた、Ｉｎの担持量が異なるＣｏ－Ｉｎ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ選択率（ＣＯｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）（％）との関係を示した図である。
図２４は、実験例６において得られた、還元処理前（焼成直後）におけるＩｎの担持量が異なるＣｏ－Ｉｎ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についてのＸ線回折パターン（ＸＲＤパターン）を示した図である。
図２５は、実験例６において得られた、還元処理前（焼成直後）におけるＩｎの担持量が異なるＣｏ－Ｉｎ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての昇温還元測定（Ｈ
２
－ＴＰＲ）の結果を示した図である。
図２６は、実験例６において得られた、還元処理後におけるＩｎの担持量が異なるＣｏ－Ｉｎ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についてのＸ線回折パターン（ＸＲＤパターン）を示した図である。
図２７は、実験例７において得られた、Ｃｏ（２０）／ＣｅＯ
２
、Ｆｅ（２０）／ＣｅＯ
２
、および、Ｃｕ（２０）／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ収率（ＣＯｙｉｅｌｄ）（％）（縦軸）との関係を示した図である。
図２８は、実験例７において得られた、Ｃｏ（２０）／ＣｅＯ
２
、Ｃｏ（２０）－Ｇｅ（２）／ＣｅＯ
２
、Ｃｏ（２０）－Ｓｎ（２）／ＣｅＯ
２
、および、Ｃｏ（２０）－Ｉｎ（２）／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ収率（ＣＯｙｉｅｌｄ）（％）（縦軸）との関係を示した図である。
図２９は、実験例７において得られた、Ｇｅの担持量が異なるＣｏ－Ｇｅ／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ収率（ＣＯｙｉｅｌｄ）（％）（縦軸）との関係を示した図である。
図３０は、実験例７において得られた、Ｆｅ（２０）／ＣｅＯ
２
、Ｃｕ（２０）／ＣｅＯ
２
、および、Ｃｏ（２０）－Ｇｅ（１０）／ＣｅＯ
２
の各触媒体についての温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（℃）（横軸）と、ＣＯ収率（ＣＯｙｉｅｌｄ）（％）（縦軸）との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の逆水性ガスシフト反応用触媒体について、実施形態を用いて詳細に説明する。なお、本開示の逆水性ガスシフト反応用触媒体は、以下の実施形態の例示によって限定されるものではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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