フロー反応シミュレーションによる低エントロピー反応空間の基礎理論と設計論の構築
| Project Area | Highly organized catalytic reaction chemistry realized by low entropy reaction space |
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| Project/Area Number |
21H05083
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
浅野 周作 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (30827522)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
工藤 真二 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (70588889)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥32,760,000 (Direct Cost: ¥25,200,000、Indirect Cost: ¥7,560,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
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| Keywords | 数値流体力学計算 / 速度解析 / 活性化パラメーター / 反応装置設計 / フローリアクター / 不均一触媒 / 反応速度解析 / 水素化反応 |
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| Outline of Research at the Start |
フラスコや反応窯で行うバッチ式の化学反応に比べ、反応管や触媒充填カラムに原料溶液を送液して行うフロー式の反応では、優れた反応選択性や反応速度が得られることが多い。本研究では、フロー式の反応に関し、反応の活性化エントロピーに着目して、定量的・統一的な理論の構築を試みる。数値流体力学計算で流動と反応の関係を整理し、活性化エントロピー・反応速度・流動状態を関連づけ、フロー式装置の設計論へ展開する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度においては、評価系の選定、既報データを基にしたシミュレーション検討と実験システムの構築を中心に実施した。本領域の主要テーマであるフロー反応器において生じる特異な効果については、これまで様々な文献で報告はなされているものの、体系的な検討はおろか、相互に比較可能な形で報告がなされている事例は極めて少ない。様々な文献を精査した結果、Rh-Ptの合金ナノ粒子をポリジメチルシラン上に担持した不均一触媒を用いる水素化反応の場合において、最も特徴的かつ顕著な効果が確認された。１次元での反応-物質移動シミュレーションを行った結果、反応律速での速度をさらに上回る反応加速が確認された。フロー反応器による反応加速効果は、物質移動律速の状態から反応律速の状態への変化に起因するとみなされることが多いが、本検討結果はこれとはことなる要因の存在を示唆するものである。さらに、UNIQUAC式を用いて相平衡計算を行ったところ、水素の飽和溶解度と反応加速効果に相関がみられた。溶解度-反応加速効果の関係について実験的に精査するため、インライン分光装置も組み入れた形での反応速度解析システムを構築し、バッチ系-フロー系双方での性能検証を行った。バッチ系については、基質の蒸発が課題であることが分かったが、不揮発性の内部標準物質の添加により、蒸発量の確認を行うこととした。フロー系については、圧力損失の増大が頻発したが、フィルター部分の改良により回避することができた。また、新規触媒開発において、イオン液体を触媒とする脱水反応に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
反応系の選定、評価システムの構築どちらもおおむね順調に進んでいる
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| Strategy for Future Research Activity |
新型コロナの流行状況に十分に留意しつつ、オンサイトでの情報収集や技術交換を積極的に実施していきたく考えている
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
