実験

3.2.1. 触媒調製

3.2.1.1. 5および10 wt.% Ni/Al2O3の調製 (1) Al2O3の前処理

Al2O3の前処理は，2.2.1.1と同じ方法で行なった．

(2) Al2O3へのNiの担持

Ni(NO3)2∙6H2O（富士フィルム和光純薬株式会社）をNi担持量がAl2O3 1.0 gに 対して5，10 wt.%となるようにそれぞれ，0.255, 0.510 g量りとり，2.2.1.2と同じ方法で 担持した．得られたNi(NO3)2/Al2O3（Ni担持量: 5および10 wt.%）を500 ºC（昇温 速度: 10 ºC min^–1）で3 h焼成し，NiO/Al2O3（Ni担持量: 5および10 wt.%）を得た．

(3) H2還元前処理

(2)で得たNiO/Al2O3（Ni担持量: 5および10 wt.%）0.2 gを流速10 mL min^–1の H2流通下で600 ºC（昇温速度: 10 ºC min^–1）で1 hの還元前処理を行ない，5およ び10 wt.% Ni/Al2O3を得た．

3.2.1.2. 未担持Niの調製

未担持Niは，Ni(NO3)2∙6H2O（富士フィルム和光純薬株式会社）5.0 gを500 ºC（昇 温速度: 10 ºC min^–1）で3 h焼成してNiOを得た後，流速10 mL min^–1のH2流通下 で600 ºC（昇温速度: 10 ºC min^–1）で1 hの還元前処理を行ない調製した．

3.2.1.3. Raney Niの展開

Raney Ni（富士フィルム和光純薬株式会社，Ni-Al合金，47.0 ~ 52.0 wt.% as Ni）

0.4 gを25% NaOH水溶液40 mL中に加え，50 ºCで90 min攪拌した．このとき，水 溶液からは気泡が発生した．90 min 経過後，室温でしばらく静置し，デカンテーショ ンでNaOH水溶液と固体を分離した．その後，もう一度，25% NaOH水溶液40 mLを

45

固体に加え，50 ºCで30 min攪拌した．30 min経過後，室温でしばらく静置し，デカ ンテーションでNaOH水溶液と固体を分離し，固体を2.5 mmol L^–1 NaOH水溶液で 気泡が出なくなるまで洗浄した．その後，Milli-Q水でさらに洗浄し，洗浄液がpH 6 ~ 7 になるまでデカンテーションを繰り返し行なった．最後に，洗浄液を取り除いて Raney Niを得た．

3.2.2. 水中NO3–還元反応

各種Ni触媒（Ni/Al2O3，未担持Ni，Raney Ni）による水中NO3–還元反応は第2章で決定した 標準反応条件（Table 2-3）で，2.2.4の反応条件(iii)と同じ実験方法で行なった．

また，各種Ni触媒での水中NO3–還元反応におけるNO3–濃度とH2分圧の影響を調べるため に，NO3–初濃度（[NO3–]0）と H2分圧（P(H2)）を変えて反応を行なった．このときの反応条件を Table 3-1にまとめた．

Table 3-1 Reaction conditions of catalytic reduction of NO3– with H2 in water. Changing the initial concentrations of NO3– and partial pressures of H2.

[NO3–]0 (ppm) NO3– aq. (mL) Milli-Q water (mL)

200 20 (= 1200 ppm) 100

400 20 (= 2400 ppm) 100

800 20 (= 4800 ppm) 100

P(H2) (atm) H2 flow rate (mL min^–1) N2 flow rate (mL min^–1)

0.50 30 30

0.75 30 10

1.0 30 –

Catalyst weight 0.2 g

Reaction temperature 40 ºC

46

3.2.3. 各種キャラクタリゼーション

3.2.3.1. 昇温水素還元法（H2-TPR）

H2-TPRは2.2.3と同じ条件で測定した．

3.2.3.2. 粉末X線回折（XRD）

粉末XRDパターンは2.2.4と同じ条件で測定し，結晶子径は，XRDパターンの最 強回折線の半値幅から，Scherrerの式（eq. 3-1）を用いて算出した．

D = _{𝛽𝑐𝑜𝑠𝜃}^𝐾𝜆 (eq. 3-1)

D: 結晶子径 (nm) K: 定数 (0.9)

λ: X線の波長 (λ = 0.154 nm) β: 半値幅 (rad.)

θ: 回折線 (rad.)

3.2.3.3. X線光電子分光法

X 線光電子スペクトル（XPS スペクトル）は，JEOL JPS-9010MC（日本電子株式会 社）を用いて測定した．試料台にカーボンテープ（5×5 mm 幅）を貼り付け，その上に 薄くディスク状に成型した試料（H2還元前処理後の5および10 wt.% Ni/Al2O3，未還 元の未担持Ni）を載せ，この試料台を真空チャンバーに導入し，真空脱気を12 h以 上行なった．その後，試料台を測定室に移し，Ni 2p XPSスペクトルを測定した．X線 源はMg Kα線（1253.6 eV）を用い，C 1sのBinding energyを使って試料の帯電補正 を行なった．

3.2.3.4. 昇温酸化法（TPO）

四重極質量分析計（M-200QA, ANELVA Co.）を反応器出口に接続した流通式触 媒分析装置を用いてTPO測定を行なった．測定条件はTable 3-2にまとめた．

47

Table 3-2 Measurement conditions of TPO.

Sample weight 0.1 – 0.2 g

Pretreatment gas H2

Pretreatment temperature 600 ºC

Measurement gas 1% O2/He

Measurement temperature –70 ~ 850 ºC Rate of temperature increase 5 ºC min^–1

48