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触媒によるエネルギー変換と環境保全



 触媒による物質変換技術は、エネルギー資源の有効利用や環境負荷への低減を実現するためには重要で不可欠な基盤技術の一つです。触媒の効率化や耐久性の向上、貴金属代替材料の探索、有用な化合物への変換に用いる触媒の開発などが行われています。
 本書では燃料電池向け水素製造、電極触媒関連、太陽光エネルギー利用による二酸化炭素の固定化・資源化、バイオマスや天然ガスからの燃料の合成といったエネルギー変換技術と、燃料油の超深度脱硫、自動車排ガス処理、排煙脱硝、VOC分解、有機塩素・フッ素化合物の分解、水質浄化等の環境保全技術に関連する触媒の開発事例や研究成果についてまとめました。

 
    □体裁 A4判 287ページ
    □価格 本体72,000円+消費税
    □送料 弊社負担
    □発行 2016年12月

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章 目 次

  【触媒・基礎編】
  第1章 触媒技術の概要
  【資源・エネルギー変換編】
  第2章 燃料電池関連触媒技術
  第3章 光エネルギーを利用する合成触媒
  第4章 バイオマスの触媒変換技術
  第5章 石油代替資源(天然ガス)の触媒変換技術
  【環境浄化編】
  第6章 環境浄化触媒技術


詳  細 目 次

 
【触媒・基礎編】
第1章 触媒技術の概要 1
 1.1 エネルギー・環境問題と触媒 1
 1.2 触媒の基礎 1
  1.2.1 触媒と化学反応 1
  1.2.2 触媒機能(活性、選択性、寿命) 3
   (1) 活性 3
   (2) 選択性 3
   (3) 寿命 4
  1.2.3 触媒の種類と特性 5
   (1) 均一系触媒 6
   (2) 不均一系触媒 7
    A. 金属触媒 7
    B. 遷移金属酸化物触媒 9
    C. 固体酸触媒・固体塩基触媒 10
  1.2.4 触媒の構成 12
  1.2.5 触媒の調製法 12
 引用文献(第1章) 14
 
【資源・エネルギー変換編】
第2章 燃料電池関連触媒技術 15
 2.1 水素製造用触媒 15
  2.1.1 炭化水素の改質 15
   (1) 脱硫触媒 16
   (2) 水蒸気改質触媒 16
    A. ハイドロタルサイト前駆体からの微量貴金属ドープNi/Mg(Al)O改質触媒 17
    B. Ni系ペロブスカイト型酸化物改質触媒の開発 19
    C. 炭化水素改質用メタルハニカム構造体触媒を用いたコンパクト型改質器 21
    D. オンサイト水素製造用触媒一体化モジュールの開発 24
   (3) COシフト触媒 25
   (4) CO除去触媒 26
    A. CO選択酸化触媒 26
    B. CO選択メタン化触媒 28
  2.1.2 含酸素炭化水素の改質 31
   (1) メタノールの水蒸気改質 31
   (2) エタノールの水蒸気改質 32
   (3) ジメチルエーテルの水蒸気改質 34
 2.2 電極触媒 35
  2.2.1 燃料電池の電極反応 36
   (1) 固体高分子形燃料電池(PEFC) 36
   (2) リン酸形燃料電池(PAFC) 38
   (3) アルカリ形燃料電池(AFC) 38
   (4) 固体酸化物形燃料電池(SOFC) 38
   (5) 直接メタノール燃料電池(DMFC) 40
  2.2.2 PEFC用電極触媒の開発動向 40
   (1) アノード触媒 40
    A. カーボンナノチューブ坦持アノード触媒の開発 41
    B. CO/水素燃料を利用するロジウムポルフィリン錯体-Pt-Ru複合アノード触媒の開発 44
   (2) カソード触媒 46
    A. 高耐久性触媒の開発 46
    B. 高活性白金コア/シェル触媒の開発 49
    C. 非Pt系カソード触媒の開発 52
   (3) 牲試薬を用いない炭素/二酸化チタン上への白金ナノ粒子の光化学的析出 56
  2.2.3 SOFC用電極触媒等の開発動向 56
   (1) 複合粒子を用いたSOFCの電極構造制御による電極の高性能化 57
   (2) メタンを燃料としたSOFC用Ni/SDCアノードの開発 59
   (3) ペロブスカイト型高温プロトン伝導体を利用したドライ炭化水素燃料とする
      SOFC用アノード開発
60
   (4) 燃料適用性に向けたNi/Ca(Fe)TiO3アノードの開発 63
   (5) 四重マンガンペロブスカイトの二機能性酸素反応触媒作用 65
 引用文献(第2章) 66
 
第3章 光エネルギーを利用する合成触媒 70
 3.1 太陽光水分解による水素製造 70
  3.1.1 可視光水分解と光触媒作用 70
  3.1.2 粉末光触媒による可視光水分解 72
   (1) 1段階励起型水分解 72
   (2) 2段階励起型水分解(Zスキーム型水分解) 74
  3.1.3 半導体光触媒電極による可視光水分解 78
   (1) 酸化鉄光アノード 79
   (2) Cu-Ga-Se化合物光カソード 81
   (3) 光アノードと光カソードを組み合わせた光電気化学セル 81
 3.2 光エネルギーによる二酸化炭素(CO2)の固定化・資源化
     (CO2の光還元による有機物合成)
82
  3.2.1 半導体光触媒による水を還元剤としたCO2還元反応 83
   (1) 金属酸化物光触媒(BaLa4TiO15、NaTaO3:Ba)による水を還元剤としたCO2還元反応 83
   (2) 金属硫化物光触媒による可視光下でのCO2還元反応 84
   (3) 金属窒化物(窒化ガリウム系)光電極を用いた水とCO2からの有機合成 85
   (4)  CO2から酸素を除いて燃料(エタノール)に変換する人工光合成技術 87
  3.2.2 半導体/金属錯体ハイブリッド光触媒によるCO2還元
      (水・CO2から有機物の直接合成)
88
   (1) 半導体/金属錯体ハイブリッド光触媒 88
   (2) 水を電子・プロトン源とする太陽光CO2還元反応 90
 3.3 水からの酸素発生 92
 引用文献(第3章) 93
 
第4章 バイオマスの触媒変換技術 96
 4.1 バイオマス燃料の合成 96
  4.1.1 バイオディーゼル燃料(脂肪酸メチルエステル)の合成 96
   (1) アルカリ触媒法 97
   (2) 固体触媒法 98
    A. 固体塩基触媒 98
    B. 固体酸触媒 101
   (3) 超臨界メタノール法 101
  4.1.2 水素化バイオ軽油(水素化処理油)の合成 102
  4.1.3 バイオタールの水蒸気改質による合成ガス製造 104
   (1) Ni合金触媒(Ni-Fe/α-Al2O3、Ni-Co/α- Al2O3)を用いたタールの水蒸気改質 105
   (2) Co合金触媒(Co-Fe/ Al2O3)を用いたタールの水蒸気改質 106
 4.2 バイオマス化成品の合成 107
  4.2.1 グリセリンの水素化分解 107
   (1) 1,2-プロパンジオールの合成 108
   (2) 1,3-プロパンジオールの合成 110
   (3) エリスリトールからのブタンジオール合成 112
   (4) フラン環化合物からのジオール(1,5-、1,6- ジオール)合成 114
  4.2.2 グリセリンからのアクロレイン、アクリル酸合成 115
 引用文献(第4章) 117
 
第5章 石油代替資源(天然ガス)の触媒変換技術 120
 5.1 天然ガスからの液体燃料の合成 120
  5.1.1 合成ガスの製造 120
   (1) 炭化水素の水蒸気改質プロセス 121
    A. 脱硫工程 121
    B. 水蒸気改質工程 121
   (2) 水蒸気改質触媒 122
   (3) 水蒸気改質触媒の開発動向 122
    A. 高活性水蒸気改質触媒(ISOP触媒) 122
    B. 酸化的水蒸気改質用微量金属修飾Ni触媒 123
    C. CO2を原料とした合成ガス製造プロセス用CO2/H2O改質触媒 125
  5.1.2 GTL油の合成(液状炭化水素燃料の合成) 127
   (1) FT合成反応 128
   (2) FT合成触媒 129
  5.1.3 メタノールの合成 130
   (1) 合成ガスからのメタノール合成 130
    A. 現行のメタノール合成プロセス 130
    B. メタノール合成触媒 132
   (2) CO2からのメタノール合成 133
  5.1.4 ジメチルエーテルの合成 135
   (1) 間接合成法 135
   (2) 直接合成法 136
  5.1.5 液化石油ガス(LPG)の合成 137
   (1) 直接合成法 137
   (2) 間接法、半間接法 140
 5.2 エタノールからの低級オレフィン合成 140
 5.3 アンモニアの合成 143
  5.3.1 アンモニア合成反応 143
  5.3.2 アンモニア合成触媒 144
   (1) Fe系触媒 144
   (2) 低圧Ru系触媒 145
   (3) Ru/エレクトライド触媒 146
  5.3.3 温和な条件(常温常圧)下でのアンモニア合成 150
   (1) 遷移金属窒素錯体を用いた触媒的アンモニア合成 151
   (2) 遷移金属窒素錯体を用いたシリルアミン経由アンモニア合成 153
  5.3.4 アンモニアとヒドラジンの合成 154
 引用文献(第5章) 155
 
【環境浄化編】
第6章 環境浄化触媒技術 158
 6.1 燃料油の超深度脱硫 158
  6.1.1 水素化脱硫反応と触媒 159
  6.1.2 超深度水素化脱硫触媒の高活性化 161
  6.1.3 水素化脱硫触媒の開発動向 163
   (1) 高活性Co-Mo系超深度脱硫触媒 163
   (2) 新規チタニア添加法によるNiMo系軽油超深度脱硫触媒 165
   (3) 新規貴金属リン化物触媒 167
   (4) 残油水素化脱硫触媒(亜鉛・リン修飾触媒) 172
  6.1.4 超深度酸化脱硫 173
   (1) 硫黄化合物の酸化反応性と酸化反応機構 174
   (2) 燃料油の酸化脱硫の事例 175
    A. 過酸化水素水-ギ酸を用いた酸化脱硫 176
    B. 有機過酸化物-固体触媒を用いた酸化脱硫 177
    C. 過酸化水素水-固体触媒を用いた酸化脱硫 177
 6.2 自動車排ガス処理 178
  6.2.1 ガソリンエンジン排ガス浄化 179
   (1) 三元触媒とその基本構成 179
   (2) 三元触媒の高度化の動向 181
    A. 触媒の熱劣化とその抑制(耐久性の改良) 181
    B. 省貴金属/脱貴金属三元触媒 187
   (3) 高性能排ガス用ナノポーラスNiCuMnO金属複合化合物 191
   (4) 希薄ガソリンエンジン用NOx吸蔵還元触媒 192
    A. NOx吸蔵還元触媒によるNOx浄化原理 192
    B. 触媒成分の機能・役割 193
    C. S被毒劣化とその対策 195
  6.2.2 ディーゼルエンジン排ガス浄化 196
   (1) NOxの後処理 197
    A. NOx選択還元法 198
    B. NOx吸蔵(吸着)還元法 200
   (2) PMの後処理 202
    A. ディーゼル微粒子フィルター(DPF) 202
    B. PM燃焼触媒(触媒担持型DPF) 204
   (3) PM・NOx同時除去 210
 6.3 排煙脱硝(アンモニア脱硝) 213
  6.3.1 アンモニア選択接触還元(SCR)とプロセス 213
  6.3.2 脱硝触媒 216
  6.3.3 脱硝反応と反応機構 218
  6.3.4 燃料別脱硝プロセスにおける脱硝反応 219
   (1) ガス焚きボイラーおよびガスタービンプラント 219
   (2) 油焚きプラント 220
   (3) 石炭焚きプラント 221
   (4) ごみ焼却炉等低温プラント 221
 6.4 VOCの酸化分解(触媒燃焼) 222
  6.4.1 触媒燃焼法の特徴とVOC分解触媒 222
  6.4.2 VOC分解触媒と触媒機能 223
  6.4.3 VOC 処理の動向 225
   (1) 低温高活性・貴金属低減化物質触媒の開発 225
   (2) プラズマおよび触媒を用いたVOC処理 228
    A. プラズマ駆動触媒法(一段式手法) 229
    B. オゾン酸化触媒法(二段式手法) 230
  6.4.4 触媒劣化 232
   (1) 熱劣化 232
   (2) 触媒毒による劣化 232
 6.5 有機フッ素・塩素化合物の分解処理 234
  6.5.1 フロン類の分解 234
   (1) フロン分解反応と分解触媒 235
   (2) PFCの分解 237
  6.5.2 PCBの分解 240
   (1) 触媒水素還元法 242
    A. 触媒水素還元法の原理 242
    B. 触媒分解システム 242
   (2) 紫外線/触媒分解法 244
  6.5.3 ダイオキシン類の触媒分解 246
   (1) ごみ焼却プラントにおけるDXN類低減対策 247
   (2) DXN類分解触媒 248
 6.6 水処理 250
  6.6.1 触媒湿式酸化処理(有機化合物、アンモニアの処理) 250
   (1) 酸素を利用した触媒湿式酸化処理 250
    A. 酸素利用触媒湿式酸化プロセス 251
    B. 湿式酸化触媒 252
    C. 各種排水への適用例 253
   (2) 酸化剤を利用した触媒湿式酸化(次亜塩素酸酸化法) 255
  6.6.2 窒素化合物含の触媒脱窒処理 257
   (1) アンモニアの処理(亜硝酸法) 257
   (2) 硝酸性窒素の処理 258
    A. 硝酸性窒素の水素還元 259
    B. 硝酸性窒素の光触媒還元 261
  6.6.3 光触媒による水浄化 262
   (1) 光触媒と水質浄化における光触媒作用 262
    A. 光触媒による有機化合物分解の原理 263
    B. 光触媒材料 264
   (2) 光触媒水処理技術の動向 264
    A. 光触媒繊維による水処理 264
    B. ナノ構造を制御したTiO2光触媒による水浄化 267
    C. 可視光応答型酸化チタン光触媒/高吸着能粘土化合物複合体による水浄化 269
    D. コアシェル型光触媒による水中のヒ素除去 273
    E. 多孔質ガラス導光型光触媒反応器 276
  6.6.4 量子触媒による環境浄化 277
   (1) 量子触媒の光触媒作用 278
   (2) 量子触媒の調製と光触媒活性 279
   (3) 量子触媒の環境浄化への応用 280
    A. 水質浄化への応用 280
    B. 抗菌への応用 281
 引用文献(第6章) 281

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