研究者がチタンを提案

Aug 22, 2023

2023 年 2 月 14 日

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中国科学院、張南南著

1月11日に国家科学院論文集に掲載された研究によると、中国科学院大学（UCAS）のハオ・ジェンピン教授率いる研究者らは、チタンベースのペロブスカイトでの容易な酸素空孔（VO）工学を提案した。水（H2O）の活性化を促進し、有機硫黄の加水分解を強化し、低温での効率的な硫黄回収を実現します。

水の活性化は多くの反応やプロセスに関与します。 有機硫黄 (COS および CS2) の加水分解は、反応物質として H2O 分子を使用する典型的な反応の 1 つです。 工業的な硫黄回収プロセスでは、COS と CS2 を変換するために追加の加水分解触媒が Claus 反応器の第 1 段階に設置されます。 水の効果的な活性化によって制限されるため、複雑な環境での CS2 の加水分解には比較的高い温度が必要ですが、これは硫黄回収反応に役立たないため、クラウスプロセスの硫黄回収効率と汚染排出制御に重大な影響を与えます。

この研究では、研究者らは異なる VO 含有量のチタンベースのペロブスカイトを作製し、VO 含有量と H2O の解離および加水分解性能の程度の間に線形相関があることを発見しました。 VO に隣接する低配位 Ti イオンは、H2O 活性化の活性サイトでした。

研究者らによると、VO、特にVOクラスターの導入により、H2O解離のエネルギー障壁が低下し、H2Oの活性化と解離に寄与したという。

さらに、彼らの詳細なメカニズムの研究により、CS2の加水分解が解離的に吸着した-OHとガス状のCS2の間の反応から開始され(Eley-Rideal機構)、これがVOによるH2O活性化の増強による加水分解活性の増強の起源であることが明らかになった。

その結果、COS と CS2 の完全な変換は、クラウス変換に好ましい温度である 225°C での H2 還元処理後に SrTiO3 上で達成されました。 驚くべきことに、この触媒は優れたクラウス触媒活性も示しました。

したがって、効率的な有機硫黄加水分解性能と硫黄回収効率の向上の両方を同時に達成できます。 この二重機能触媒の適用により、硫黄の回収効率が大幅に向上し、操作プロセスが簡素化され、投資と運用コストが削減されます。

ハオ教授のチームは、酸性ガス汚染の制御と資源の回収と利用の研究開発に長年従事してきました。 彼らは、酸性ガスの排出削減と制御について深い理解を持っています。 結果の作成と公表は、チームの長年にわたる研究に基づいており、酸性ガスの排出削減管理、資源回収、利用にとって非常に重要です。

詳しくは： Zheng Wei et al、H 2 O 活性化と有機硫黄の低温加水分解を促進するための酸素空孔加工チタンベース ペロブスカイト、米国科学アカデミー紀要 (2023)。 DOI: 10.1073/pnas.2217148120

雑誌情報:米国科学アカデミーの議事録