[发明专利]氨合成催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氨合成催化剂，更详细地，涉及在温和的条件下，示出极高的氨合成能力的担载稀土氧化物的贵金属催化剂。

背景技术

氨为使用在肥料等的重要化学原料，近年作为能量载体来备受瞩目。尤其，近年，利用可再生能源来合成氨的工序或催化剂正备受瞩目。

利用已被工业化的铁催化剂的哈柏法(Haber-Bosch process)属于高温高压工序，利用可再生能源难以操作此工序。为此，需要开发出与哈柏法相比更温和的、即，在低温且低压的条件下，显示高活性的氨合成催化剂和工序。

到目前为止，据报道，在各种载体中担载钌的催化剂可以在低温、低压的条件下显示高氨生成活性(例如，非专利文献1、非专利文献2)。

现有技术文献

非专利文献1：Aika et al,J.Catal.,136,126(1992)

非专利文献2：Hosono et al.Nature Chemistry.4,934(2012)

发明内容

技术问题

但是，在催化剂的实用化工序上起到重要作用的每个催化剂重量，或每个担载金属量的氨生成活性仍处于不够充分的状态，从而需要在低温、低压条件下的催化剂的高活性化。

针对这些需求，本发明的目的在于，提供在温和条件下合成氨的新型担载稀土氧化物的贵金属催化剂。

解决问题的方案

本发明的在温和条件下合成氨的担载稀土氧化物的贵金属催化剂的特征在于，在氧化镨载体中，以呈层状的方式担载钌。

具有以往未被公知的上述特殊结构的本发明的氨合成催化剂，可由如下的方式获得，即，按低温、中温及高温的顺序对氧化镨前驱体进行煅烧处理来获得氧化镨，在溶剂中，与钌供给源一同搅拌上述氧化镨之后，进行溶剂的去除及煅烧处理。

在以下的说明中，用“Ru/PrO_x”表示使钌担载在氧化镨载体的催化剂。

发明的效果

在本发明的催化剂中，由于钌以呈层状方式以均匀且高分散的状态来担载于氧化镨载体表面，从而显示高催化剂活性，并且与使用钌的现有催化剂相比，每个催化剂重量及每个担载金属量的氨生成活性得到大幅度提高。

附图说明

图1为利用扫描透射电子显微镜(scanning transmission electron microscopy，STEM)观察本发明的催化剂的高角度环形暗场像(high-angle annular dark field，HAADF)。

图2为利用具备能量色散X射线探测器(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy，EDX)的扫描透射电子显微镜观察图1的催化剂的元素映射图。

图3为示出用图2的能量色散X射线探测器的观察来确认钌(Ru)的存在处的高分辨率观察结果的图。

图4为示出本发明的催化剂中的钌堆积层的高角度环形暗场像。

图5为示出在使Ru担载在Pr₆O₁₁载体的现有技术的典型的催化剂中，通过扫描透射电子显微镜-能量弥散X射线探测器映射来确认Ru处的高分辨率观察结果的图。

图6为示出对于本发明的催化剂的NH₃合成活性的Ru担载量的影响的曲线图。

图7为示出反应时的压力对Ru/PrO_x的氨合成活性产生的影响的图。

具体实施方式

本发明的在温和条件下对氨进行合成的担载稀土氧化物的贵金属催化剂的特征在于，在氧化镨载体中，以呈层状的方式担载钌。优选地，Ru担载量为担载钌的催化剂的总重量的1～10重量百分比。当小于1重量百分比时，无法期待充分的NH₃合成活性，当大于10重量百分比时，因其效果为饱和，而不经济。更优选地，Ru担载量为3～5重量百分比左右。

图1示出利用扫描透射电子显微镜观察催化剂的高角度环形暗场像。图2为示出图1的催化剂的元素映射图。图中明确示出元素的所在位置。图2的(a)部分、图2的(b)部分、图2的(c)部分分别为Pr、O、Ru元素的映射，图2的(d)部分为示出层叠这些的图。根据图2的(c)部分、图2的(d)部分，可知Ru几乎分布于整个催化剂。并且，催化剂的边缘部分特别明亮，由此可知Ru主要均匀地在载体的表面以呈层状的方式担载。