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公開番号2025052190
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-07
出願番号2023160976
出願日2023-09-25
発明の名称アンモニア合成触媒及びその製造方法
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類B01J 27/24 20060101AFI20250328BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】アンモニアを効率よく合成可能なアンモニア合成触媒及びその製造方法を提供する。
【解決手段】担体と、該担体上に担持された活性金属とを備えるアンモニア合成触媒であって、活性金属が、ルテニウム及びニッケルから選択される少なくとも一種を含み、鉄を主成分とせず、担体が、希土類酸窒化物である、アンモニア合成触媒に関する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
担体と、該担体上に担持された活性金属とを備えるアンモニア合成触媒であって、
活性金属が、ルテニウム及びニッケルから選択される少なくとも一種を含み、鉄を主成分とせず、
担体が、一般式：
Ａ
ｘ
Ｂ
ｙ
Ｏ
ａ
Ｎ
ｂ
（式中、Ａは四価のランタノイドを表し、Ｂは三価のランタノイドを表し、ｘはランタノイド全体のランタノイドＡのモル分率を表し、０．４≦ｘ＜１であり、ｙはランタノイド全体のランタノイドＢのモル分率を表し、０＜ｙ≦０．６であり、ｘ＋ｙ＝１であり、ａは担体における酸素原子のモル比を表し、１．０≦ａ＜２であり、ｂは担体における窒素原子のモル比を表し、０＜ｂ≦０．６０であり、１．４≦ａ＋ｂ＜２である）
で示される希土類酸窒化物である、
アンモニア合成触媒。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
１．３≦ａ≦１．８である、請求項１に記載のアンモニア合成触媒。
【請求項３】
０．０５≦ｂ≦０．３０である、請求項１に記載のアンモニア合成触媒。
【請求項４】
活性金属がルテニウムである、請求項１に記載のアンモニア合成触媒。
【請求項５】
Ａがセリウムである、請求項１に記載のアンモニア合成触媒。
【請求項６】
Ｂがランタンである、請求項１に記載のアンモニア合成触媒。
【請求項７】
四価のランタノイドＡの塩と、三価のランタノイドＢの塩とを、ランタノイドＡのモル分率をｘ、ランタノイドＢのモル分率をｙ（ｘ＋ｙ＝１）とした場合に、ｘ及びｙが０．４≦ｘ＜１、０＜ｙ≦０．６を満たす割合で含有する複合酸化物前駆体溶液を用いて、共沈法により、ランタノイドＡ及びランタノイドＢを含む複合酸化物を調製する工程と、
前記複合酸化物をアンモニア雰囲気下で焼成することにより、ランタノイドＡ及びランタノイドＢを含む複合酸窒化物を調製する工程と、
前記複合酸窒化物に、活性金属を担持させて、前記複合酸窒化物に活性金属が担持された触媒を得る工程と、
を含む、アンモニア合成触媒の製造方法。
【請求項８】
一般式：
Ａ
ｘ
Ｂ
ｙ
Ｏ
ａ
Ｎ
ｂ
（式中、Ａは四価のランタノイドを表し、Ｂは三価のランタノイドを表し、ｘはランタノイド全体のランタノイドＡのモル分率を表し、０．４≦ｘ＜１であり、ｙはランタノイド全体のランタノイドＢのモル分率を表し、０＜ｙ≦０．６であり、ｘ＋ｙ＝１であり、ａは担体における酸素原子のモル比を表し、１．０≦ａ＜２であり、ｂは担体における窒素原子のモル比を表し、０＜ｂ≦０．６０である）
で示される希土類酸窒化物。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はアンモニア合成触媒及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、アンモニアは、食品、肥料、及び水素エネルギーのエネルギーキャリアなどの用途に応用することが可能な成分として注目されている。アンモニアは、従来、触媒として鉄系触媒を用いたハーバーボッシュ法を用いて工業的に合成されてきたが、鉄系触媒では、水素及び窒素を高温及び高圧の条件下で反応させる必要がある。したがって、ハーバーボッシュ法よりも穏やかな条件でアンモニアを合成することを目的として、様々な種類のアンモニア合成触媒の研究が進められている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、窒化ホウ素及び／又は窒化ケイ素のキャリアに支持された、触媒活性材料としてのルテニウムを含んでなる触媒を、アンモニア生成条件下にアンモニア合成ガスと接触させることによって、アンモニア合成ガスからアンモニアを製造する方法が開示されている。
【０００４】
特許文献２では、窒素及び水素からアンモニアを合成するための触媒であって、遷移元素を含む半導体からなる担体に金属が担持されていることを特徴とするアンモニア合成触媒が開示されている。
【０００５】
特許文献３では、一般式（１）の組成で示される金属元素を含む複合酸化物Ａ
ｎ
Ｘ
ｙ
Ｍ
ｍ
（１）（前記一般式（１）において、Ａは、少なくとも一部又はすべてがＩＩＩ価の状態であることを特徴とするランタノイドであり、Ｘは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａからなる群から選ばれる周期表第２族元素、又はランタノイドのいずれかであり、かつ前記Ａと異なる元素を表し、Ｍは、周期表第１族元素、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａからなる群から選ばれる第２族元素、又はランタノイドのいずれかであり、かつ前記Ａ及び前記Ｘと異なる元素を表し、ｎは０＜ｎ＜１であり、ｙは０＜ｙ＜１であり、ｍは０≦ｍ＜１であり、ｎ＋ｙ＋ｍ＝１である）が開示されている。
【０００６】
特許文献４では、セリウム（Ｃｅ）とＣｅ以外のランタノイドとを含む複合酸化物に、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、及びスズ（Ｓｎ）からなる群から選択される少なくとも１種の添加金属元素が固溶しており、下記式：Ｃｅ
ｘ
Ａ
１－ｘ－ｙ
Ｂ
ｙ
Ｏ
ｄ
（前記式中、Ａは前記Ｃｅ以外のランタノイドを表し、Ｂは前記添加金属元素を表し、ｘはＣｅのモル分率を表し、ｙは前記添加金属元素のモル分率を表し、１－ｘ－ｙは前記Ｃｅ以外のランタノイドのモル分率を表し、ｘ及びｙは、０．１≦ｘ≦０．９、０．０１≦ｙ≦０．３、０．１１≦ｘ＋ｙ≦０．９１を満たし、ｄは酸素原子のモル比を表し、１．５≦ｄ≦２を満たす）で表される組成を有する複合酸化物担体と、該複合酸化物担体に担持されたルテニウム（Ｒｕ）と、を含有することを特徴とするアンモニア合成触媒が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００１－１４９７８０号公報
特開２０１５－６６４６８号公報
国際公開第２０１９／０５９１９０号
特開２０２２－１６５３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、カーボンニュートラルの実現に向けて、アンモニア合成における触媒反応条件のさらなる温和化が求められている。
【０００９】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アンモニアを効率よく合成可能なアンモニア合成触媒及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、担体として希土類酸窒化物を用いたアンモニア合成触媒が低温での窒素分解能を向上させ、その結果アンモニアを効率よく合成できることを見出し、本発明を完成した。
（【００１１】以降は省略されています）

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