Niの開発

Jul 11, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12928 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

バイオガスは、有望な再生可能エネルギー源として広く考えられています。 最近、合成ガスとカーボンナノチューブを同時に製造するための不均一系触媒を介したバイオガスの直接変換は、バイオガスを最大限に活用し、大きな利益をもたらす高い可能性を示しています。 メタンの乾式改質とメタンの接触分解を組み合わせたプロセスの効率は、主に炭素の堆積によって引き起こされる触媒の活性/安定性に大きく依存します。 この研究では、Ni-Mo 触媒が生涯にわたる性能を提供し、複合プロセスで高い活性を発揮するように設計されています。 制御された浸炭前処理による触媒の表面改質は、触媒の安定性およびバイオガスの直接変換の反応性を改善するとともに炭化物触媒を製造するために初めて提案された。 調製したままの炭化物触媒の性能を、酸化物および金属触媒と比較して調査します。 その結果、Ni-Mo2C 触媒は、凝縮したナノカーボンが大きく成長して表面を覆ったにもかかわらず、他の触媒よりも優れた活性と安定性を示しました。 さらに、48,000 cm3 g-1 h-1 の純粋なバイオガスの高流量入口流下で、3 時間の全試験期間を通じて、CH4 変換の最大 82% と CO2 変換の 93% が 800 °C でほぼ一定に維持できました。 。 触媒の XPS スペクトルにより、触媒表面に Mo2C 種が存在すると触媒の安定性と反応性が促進され、その結果、長期間にわたってカーボン ナノチューブの生産性が向上することが確認されました。

世界人口の急激な増加と産業の根本的な変革が、総エネルギー需要の指数関数的な増加の主な理由と考えられています。 実際、世界のエネルギー供給の大部分は化石燃料の燃焼によって占められており、これは重要な CO2 排出源の 1 つであり、環境問題につながると予想されています。 その一方で、水素はエネルギー運搬体として、また従来の化石燃料の消費量の削減を約束する潜在的な燃料として世界中でさらに認識されつつあります。 さらに、燃料電池技術の持続可能な開発のための無公害ソリューションを提供しています1、2、3。 現在、水蒸気改質、部分酸化、石炭ガス化、炭化水素熱分解など、水素製造のために提案されている実現可能な経路が多数存在します4、5、6、7。 従来の再生可能エネルギーの生産とは別に、式1のメタンの乾式改質（DRM）が行われます。 (1) はますます研究されており、バイオガスを利用して合成ガス混合物 (H2 + CO) を生成するための最も魅力的な方法となっています。 これは、特に主要な実質的な温室効果ガスのうち 2 つが削減されるため、H2/CO 比が 1.0 に近い合成ガスを提供できるためです 8,9。

Ru、Rh、Ir、Pd、Pt などのグループの活性金属は、DRM でのコークス生成に対する高い耐性とともに、優れた反応性と安定した性能を発揮することがわかっています。 一方で、これらの貴金属触媒は非経済的であり、入手可能性が限られているため、商業的なスケールアップ用途には適していません10。 一方、担持された Ni ベースの触媒は、手頃な価格と貴金属の活性に匹敵する活性を備えているため、非常に好ましく推奨されています 11、12、13、14。 それにもかかわらず、主に改質プロセスで起こる炭素被毒の影響を受ける活性相の失活が、このような改質触媒の主な重大な欠点である15。 これに関して、ほとんどの研究は、触媒表面上のこれらの望ましくない炭素質の堆積を防止する方法に焦点を当てて実施されてきた16、17、18、19。 私たちの以前の研究 20 では、堆積した炭素をカーボン ナノチューブ (CNT) などの貴重なナノ材料に変換することで、この重大な懸念を克服する効果的なアプローチを提案することに成功しました。これは、図に示すように、メタンの触媒分解 (CDM) 反応と並行して同時に促進できます。式で (2)。 その結果、二元金属Ni-Mo/MgO触媒の使用は、メタンの乾式改質間の統合プロセスを介したバイオガスのH2リッチ合成ガスおよび多層カーボンナノチューブ（MWCNT）への変換において800℃で優れた触媒性能を示すことが実証されました。メタンの触媒分解。 それでも、長期的な実際的な観点から見ると、CH4 と CO2 の反応速度が大幅に低下していることが明らかになったように見えます。 この劣化挙動は、20 時間の運転中に触媒が失活することで説明できます。 したがって、低コストで、品質が高く、長期間耐えられる触媒をさらに開発することが望まれている。