[发明专利]功能性结构体的前体及功能性结构体

说明书

本发明提供不仅防止金属微粒彼此的凝聚、而且还抑制活性金属种与载体的结合、在反应之前能使催化剂的活化容易进行的功能性结构体。功能性结构体具备由沸石型化合物构成的多孔质结构的载体、和包含金属元素(M)、且存在于前述载体内的至少1种功能性物质的前体物质，前述载体具有相互连通的通道，前述前体物质存在于前述载体的至少前述通道，并且由前述前体物质衍生的金属元素(M)、与构成前述载体的元素进行了部分置换。

技术领域

本发明涉及具备多孔质结构的载体(骨架体)和功能性物质的功能性结构体的前体及功能性结构体。

背景技术

作为制造可用作作为石油的替代燃料的合成油、合成燃料等液态燃料制品的原料等的烃化合物的方法，已知各种催化剂。例如，利用催化反应由以一氧化碳气体(CO)及氢气(H₂)为主成分的合成气体合成烃、尤其是液态烃的费托合成反应(以下，有时也称为“FT合成反应”。)是已知的。作为可用于该FT合成反应的催化剂，例如，专利文献1中，公开了在二氧化硅、氧化铝等载体上担载钴、铁等活性金属而成的催化剂，专利文献2中，公开了含有钴、锆或钛、及二氧化硅的催化剂。

FT合成反应中使用的催化剂例如可通过在二氧化硅、氧化铝等载体中浸渗钴盐、钌盐等、并对其进行烧成、从而作为担载有钴氧化物及/或钌氧化物的催化剂(未还原催化剂)而得到。按照上述方式得到的催化剂相对于FT合成反应呈现充分的活性，因此，需要如专利文献3中公开的那样，使该催化剂与氢气等还原气体接触而进行还原处理，将作为活性金属的钴及/或钌从氧化物的状态转化(改性)成金属的状态。

另外，如专利文献4中公开的那样，可知对于FT合成反应而言，由于伴随着极大的发热，因此在催化剂表面发生局部过热，由此，在催化剂表面产生的过热部位(hot spot)处的副反应(碳质的析出等)的进行使活性劣化。为了防止这样的过热部位的生成，需要使作为催化剂发挥作用的活性金属种(金属微粒)不凝聚，使活性部位分散。出于防止活性金属种的凝聚的目的，可以考虑使用具有与该活性金属种的强相互作用的载体，使得金属微粒彼此不能容易地凝聚。

作为该方法的一例，高分散地担载金属微粒的溶胶·凝胶法是已知的。溶胶·凝胶法中，在合成成为载体的金属氧化物的阶段中，活性金属种以原子水平被均匀导入。担载金属催化剂的活性金属种以极度分散的方式被包含于作为载体的金属氧化物的晶格中，因此，在各种处理、反应中也不容易发生凝聚。然而，由于活性金属种与载体较强地结合，因此存在下述这样的问题：在反应之前，催化剂的活化变得困难，得不到充分的催化活性。

另外，若金属微粒彼此的凝聚发生，则伴随着作为催化剂的有效表面积的减少，催化活性下降，因此，催化剂自身的寿命变得比通常更短。因此，必须在短间内对催化剂自身进行更换·再生，在更换操作和催化剂的节约资源化方面变得不利。为了抑制催化剂的凝聚，例如专利文献5、6中，报道了通过利用乳液法制作被覆了无定形二氧化硅的金属微粒，接下来对该粒子进行水热处理，从而使沸石包裹金属微粒的技术。利用乳液法进行的被覆了无定形二氧化硅的金属微粒的制作可通过以下方法来达成：通过向在有机溶剂中混合表面活性剂和金属源而得到的乳浊液中添加还原剂，从而形成金属微粒，然后，添加硅烷偶联剂，在金属微粒表面形成二氧化硅层。然而，利用乳液法制作金属粒子时，得到的粒子的尺寸受到进行乳化时的液滴的尺寸、和金属粒子的凝聚容易性的影响。通常，贱金属难以维持纳米粒子的状态。在引用文献5、6中记载的具有纳米尺寸的粒径的粒子只是实施例中的贵金属的试样，关于容易凝聚的贱金属及其氧化物的试样，并未公开具有纳米尺寸的粒径的粒子。另外，引用文献5、6中，关于乳液法，还报道了有机溶剂、表面活性剂等残留，形成沸石结构时使用的试剂等成为杂质，对沸石的热稳定性造成不良影响。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平4-227847号公报

专利文献2：日本特开昭59-102440号公报

专利文献3：国际公开第2015/072573号