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公開番号2024137796
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-07
出願番号2024038238
出願日2024-03-12
発明の名称触媒含有温度制御材料および発熱反応または吸熱反応の反応温度制御方法
出願人国立大学法人北海道大学
代理人個人,個人
主分類C09K 5/06 20060101AFI20240927BHJP(染料;ペイント;つや出し剤;天然樹脂;接着剤;他に分類されない組成物;他に分類されない材料の応用)
要約【課題】発熱反応または吸熱反応に用いられ、反応温度を安定化できる触媒含有温度制御材料を提供する。
【解決手段】発熱反応または吸熱反応に用いられる触媒含有温度制御材料であって、少なくとも1つの潜熱蓄熱粒子を有する潜熱蓄熱体と、該潜熱蓄熱体の少なくとも表面の一部に存在する触媒とを有し、前記潜熱蓄熱粒子は、コア部と、該コア部の表面の少なくとも一部を被覆する被覆部とを有し、前記コア部の成分は、所定の成分で構成され、融点が、前記発熱反応または吸熱反応の(最低反応温度+10℃)以上であって、かつ(最高反応温度-10℃)以下の範囲内であり、前記被覆部の成分は、融点が前記コア部の成分よりも高く、前記コア部の成分と異なる、元素、合金、無機化合物、およびこれらの混合物よりなる群から選択される1以上であって、前記発熱反応または吸熱反応の反応温度域で前記コア部の成分と化学反応を生じない、触媒含有温度制御材料。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
発熱反応または吸熱反応に用いられる触媒含有温度制御材料であって、
少なくとも１つの潜熱蓄熱粒子を有する潜熱蓄熱体と、該潜熱蓄熱体の少なくとも表面の一部に存在する触媒とを有し、
前記潜熱蓄熱粒子は、
コア部と、該コア部の表面の少なくとも一部を被覆する被覆部とを有し、
前記コア部の成分は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、およびＣｄよりなる群から選択される元素、これらを主成分とする合金と化合物、ならびに、アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の、炭酸化合物、水酸化物、（亜）硝酸化物、およびハロゲン化物よりなる群から選択される１以上で構成され、融点が、前記発熱反応または吸熱反応の（最低反応温度＋１０℃）以上であって、かつ（最高反応温度－１０℃）以下の範囲内であり、
前記被覆部の成分は、融点が前記コア部の成分よりも高く、前記コア部の成分と異なる、元素、合金、無機化合物、およびこれらの混合物よりなる群から選択される１以上であって、前記発熱反応または吸熱反応の反応温度域で前記コア部の成分と化学反応を生じない、触媒含有温度制御材料。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
前記潜熱蓄熱体が潜熱蓄熱粒子であり、該潜熱蓄熱粒子の少なくとも表面の一部に触媒を有する、請求項１に記載の触媒含有温度制御材料。
【請求項３】
前記コア部の成分の融点は、４００℃～５５０℃である、請求項１または２に記載の触媒含有温度制御材料。
【請求項４】
前記発熱反応は、ＣＯ
２
と水素を反応させてメタン化するメタネーション反応である、請求項１または２に記載の触媒含有温度制御材料。
【請求項５】
前記コア部の成分は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、およびＣｄよりなる群から選択される元素を主成分とし、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＢｉよりなる群から選択される１以上の合金元素を含む合金である、請求項１または２に記載の触媒含有温度制御材料。
【請求項６】
前記コア部の成分は、Ａｌ、Ａｌ－Ｓｉ合金、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ合金、およびＺｎ－Ａｌ合金よりなる群から選択される１以上である、請求項１または２に記載の触媒含有温度制御材料。
【請求項７】
前記コア部の平均粒子径は、１０μｍ以上、２００μｍ以下である、請求項１または２に記載の触媒含有温度制御材料。
【請求項８】
前記被覆部は少なくとも一部に粒子形状の部位を有し、該粒子形状の部位は、平均粒子径が０．１μｍ以上、２μｍ以下である、請求項１または２に記載の触媒含有温度制御材料。
【請求項９】
前記被覆部の成分は、Ａｌ、α－Ａｌ
２
Ｏ
３
、ＡｌＯＯＨ、Ａｌ（ＯＨ）
３
、およびガラスよりなる群から選択される１以上である、請求項１または２に記載の触媒含有温度制御材料。
【請求項１０】
前記触媒は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｃｕ、およびＰｔよりなる群から選択される１種以上の金属が担体に担持されたものである、請求項１または２に記載の触媒含有温度制御材料。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、触媒含有温度制御材料および発熱反応または吸熱反応の反応温度制御方法に関する。詳細には、発熱反応または吸熱反応に用いられる、潜熱蓄熱体と触媒を有する触媒含有温度制御材料に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
有用物質の製造や排出ガスの再利用等を目的に、化学反応として発熱反応または吸熱反応が多く行われている。発熱反応の一例として、二酸化炭素と水素を反応させ、例えば燃料として使用可能なメタンを合成するメタネーション反応（ＣＯ
２
＋４Ｈ
２
→ＣＨ
４
＋２Ｈ
２
Ｏ）が挙げられる。該メタネーション反応は、原料とともに触媒を用いることで進行する。例えば特許文献１には、前記メタネーション反応に用いる触媒として、単位質量当たりのメタン収量の向上を図ることができる触媒が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－２０２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記メタネーション反応は、過剰な発熱を伴う発熱反応である。過剰な発熱が生じて反応温度が高温となり、触媒の温度が適正温度域を外れると、触媒の劣化が生じ得、また反応器の劣化も生じ得る。よって、上記メタネーション反応の様な発熱反応の場合、反応温度の上昇を抑制し、適正な温度域で触媒が作用し、反応が進行することが求められる。また、例えば炭化水素の水蒸気改質反応の様な吸熱反応の場合も同様に、反応温度の低下を抑制し、適正温度域で触媒が作用し、反応が進行することが求められる。
【０００５】
本開示は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、発熱反応または吸熱反応に用いられる触媒材料であって、反応温度を安定化できる触媒含有温度制御材料と、該触媒含有温度制御材料を用いた発熱反応または吸熱反応の反応温度制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様１は、
発熱反応または吸熱反応に用いられる触媒含有温度制御材料であって、
少なくとも１つの潜熱蓄熱粒子を有する潜熱蓄熱体と、該潜熱蓄熱体の少なくとも表面の一部に存在する触媒とを有し、
前記潜熱蓄熱粒子は、
コア部と、該コア部の表面の少なくとも一部を被覆する被覆部とを有し、
前記コア部の成分は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、およびＣｄよりなる群から選択される元素、これらを主成分とする合金と化合物、ならびに、アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の、炭酸化合物、水酸化物、（亜）硝酸化物、およびハロゲン化物よりなる群から選択される１以上で構成され、融点が、前記発熱反応または吸熱反応の（最低反応温度＋１０℃）以上であって、かつ（最高反応温度－１０℃）以下の範囲内であり、
前記被覆部の成分は、融点が前記コア部の成分よりも高く、前記コア部の成分と異なる、元素、合金、無機化合物、およびこれらの混合物よりなる群から選択される１以上であって、前記発熱反応または吸熱反応の反応温度域で前記コア部の成分と化学反応を生じない、触媒含有温度制御材料である。
【０００７】
本発明の態様２は、
前記潜熱蓄熱体が潜熱蓄熱粒子であり、該潜熱蓄熱粒子の少なくとも表面の一部に触媒を有する、態様１に記載の触媒含有温度制御材料である。
【０００８】
本発明の態様３は、
前記コア部の成分の融点は、４００℃～５５０℃である、態様１または２に記載の触媒含有温度制御材料である。
【０００９】
本発明の態様４は、
前記発熱反応は、ＣＯ
２
と水素を反応させてメタン化するメタネーション反応である、態様１～３のいずれか１つに記載の触媒含有温度制御材料である。
【００１０】
本発明の態様５は、
前記コア部の成分は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、およびＣｄよりなる群から選択される元素を主成分とし、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＢｉよりなる群から選択される１以上の合金元素を含む合金である、態様１～４のいずれか１つに記載の触媒含有温度制御材料である。
（【００１１】以降は省略されています）

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