耐水蒸気性金属ドープシリカ膜の開発とメタン水蒸気改質反応の膜型反応への応用

摘要

シリカ水素分離膜の耐水蒸気性の向上は極めて重要な研究課題である。金属ドープシリカ膜を提案し，ニッケルとコバルトが耐水蒸気性向上に有効であることを明らかとしてきた。コバルトドープシリカ膜は，500 ℃，水蒸気圧300 kPで安定性を有し，水素透過率1.8 × 10?7 mol/（m2 · s · Pa），H₂/N₂透過率比730を示した。耐水蒸気性シリカ膜を用いて，水素，ヘリウムおよび水蒸気の透過特性を検討したところ，水素透過の活性化エネルギーはHe/H₂透過率比と良い相関にあった。また，水素の動的分子径（0.289 nm）は水蒸気（0.265 nm）よりも大きいにもかかわらず，H₂/H₂O比は常に1以上であった。シリカ膜をメソポア細孔（ γ -アルミナ）とマクロ細孔（ α -アルミナ）からなるバイモーダル支持体にニッケルを担持し，さらにシリカ膜を製膜することでバイモーダル触媒膜を作製した。メタン水蒸気改質に応用し，シリカ触媒膜型反応器が水素製造に有効であることを明らかにした。