高温領域におけるNi触媒上でのメタン分解反応の機構 Mechanisms of Methane Decomposition over Ni Catalysts at High Temperatures

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著者

    • 浅井 宏太 ASAI Kouta
    • 京都大学大学院工学研究科物質エネルギー化学専攻 Dept. of Energy and Hydrocarbon Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University
    • 永易 圭行 NAGAYASU Yoshiyuki
    • 京都大学大学院工学研究科物質エネルギー化学専攻 Dept. of Energy and Hydrocarbon Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University
    • 高根 孝仁 [他] TAKANE Koji
    • 京都大学大学院工学研究科物質エネルギー化学専攻 Dept. of Energy and Hydrocarbon Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University
    • 岩本 伸司 IWAMOTO Shinji
    • 京都大学大学院工学研究科物質エネルギー化学専攻 Dept. of Energy and Hydrocarbon Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University
    • 井上 正志 INOUE Masashi
    • 京都大学大学院工学研究科物質エネルギー化学専攻 Dept. of Energy and Hydrocarbon Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University

抄録

球状アルミナに担持したNi触媒を用いるメタン分解により水素と多層カーボンナノチューブを合成する反応を熱重量分析装置を用いて検討した。炭素生成初速度は680℃以下では反応温度の増加とともに増加した。熱力学的な観点からはメタン分解反応は高温ほど有利であると考えられるが,680℃以上の温度領域では炭素生成初速度が反応温度の増加とともに減少し,反応はみかけ上,負の活性化エネルギーを持っていた。メタンに関する反応次数は反応温度に関わらず約1.4であり,水素に関する反応次数は反応温度が700℃以下から720℃以上へ増加するに従い,−1/2から0へと変化した。Langmuir-Hinshelwood機構に基づいた反応速度式の検討から,700℃以下での律速段階は表面水素による阻害を受けたメタンの吸着であり,720℃以上ではニッケル粒子のバルク内への炭素種の溶解であると結論した。みかけの負の活性化エネルギーはニッケル粒子のバルク内への炭素種の溶解度が高温領域では温度とともに減少することによると考えられる。

Decomposition of methane over nickel catalyst supported on spherical alumina was investigated using a thermogravimetric apparatus. The reaction products were hydrogen and multi-walled carbon nanotubes. Initial rate of carbon formation increased with reaction temperature up to 680°C. However, the initial rate decreased at higher reaction temperatures, implying that the reaction had an apparent negative activation energy, although thermodynamic considerations suggest that higher temperatures should favor the decomposition of methane. The reaction order with respect to methane was <i>ca</i>. 1.4, irrespective of the reaction temperature, whereas the reaction order with respect to hydrogen changed from −1/2 to zero by increasing the reaction temperature from <700°C to >720°C. The kinetic expression based on the Langmuir-Hinshelwood mechanism suggested that the rate- determining step changed from the adsorption of methane, which is disturbed by surface hydrogen atoms at below 700°C, to the dissolution of carbon species into the bulk of nickel particles at above 720°C. The apparent negative activation energy is interpreted by the decrease of solubility of carbon species into the bulk of nickel particles.

収録刊行物

  • Journal of the Japan Petroleum Institute

    Journal of the Japan Petroleum Institute 51(1), 42-49, 2008-01-01

    The Japan Petroleum Institute

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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10021125739
  • NII書誌ID(NCID)
    AA11590615
  • 本文言語コード
    ENG
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    13468804
  • NDL 記事登録ID
    9334782
  • NDL 雑誌分類
    ZP29(科学技術--化学・化学工業--燃料--石油)
  • NDL 請求記号
    Z17-177
  • データ提供元
    CJP書誌  NDL  J-STAGE 
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