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バイオ燃料合成を目的とした金属・ナノカーボン複合触媒の低コスト合成法の開発

Research Project

Project/Area Number 12F02074
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Reaction engineering/Process system
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

田門 肇  京都大学, 工学研究科, 教授

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) POONJARERNSILP Chantamanee  京都大学, 工学研究科, 外国人特別研究員
POONJARERNSILP Chantamanee  京都大学, 工学研究科, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2012 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordsナノ材料 / バイオデイーゼル / 触媒 / カーボン / バイオ燃料 / カーボンナノホーン / アーク放電
Research Abstract

本研究は、ガス導入水中アーク法を用いて炭素と金属の複合材料を合成し、バイオディーゼル合成触媒合成触媒として使用できる触媒能力を付加することである。この研究は近年特に注目されているエネルギー問題に対応するものであり、化石燃料の使用を減少させるために貢献するものである。
平成25年度は、Feナノ粒子分散カーボンナノホーンをガス導入水中アーク法によって合成し、その表面をスルポ化することより固体酸触媒とする実験を行った。結果として成功し、生成物の酸点の密度が極めて高い値になった。触媒の性能を付加するための焼成温度やFeの含有量などの生成条件も最適化し、触媒活性をさらに高めるための条件を探索した。
バイオディーゼルを合成するためには遊離脂肪酸をエステル化する反応と、油脂(トリグリセリド)をエステル交換反応によって脂肪酸メチルエステルに変換する反応が必要である。バイオディーゼル合成実験を遊離脂肪酸(パルミチン酸)を用いて行ったところ、本研究で合成した触媒は特に遊離脂肪酸のエステル化を促進する効果が高いことが分かった。油脂のエステル交換反応についても実験を行ったが、遊離脂肪酸のエステル化反応と犀鞍すると低い反応性となった。油脂の分子量を変えてエステル交換反応をすると、反応性が比較的高い分子量が存在することがわかった。油脂と遊離脂肪酸を同時にバイオディーゼルに変換する実験も行った。結果として、遊離脂肪酸との反応がまず選択的に進み、その後に油脂のエステル交換反応が起こることが分かった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

性能の良い触媒を合成することに成功した。成果は日本経済新聞に4月22日に報道された。焼成温度やFe含有量など重要な因子の最適化ができた。また、合成した触媒を使用したときの遊離脂肪酸のエステル化と油脂のエステル交換反応の速度の違いや分子量の影響などがわかり、今後の研究の進め方の方針を立てるために必要な情報が得られた。

Strategy for Future Research Activity

今まではFeのみの組成をもつ金属ナノ粒子分散カーボンナノホーンを合成して触媒を作製した。しかしながら、Feのみでなく他の金属種を使用すればさらに高い触媒性能を得られる可能性がある。また、合成する触媒が実用化されるためには、遊離脂肪酸のエステル化だけ触媒活性が高いのでは不十分で、油脂のエステル交換反応に対する触媒活性も高い必要がある。これらの検討を数年かけて進める必要がある。

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (9 results)

  • [Journal Article] Hydrothermally sulfonated single-walled carbon nanohorns for use as solid catalysts in biodiesel production by esterification of palmitic acid2014

    • Author(s)
      C. Poonjarernsilp, N. Sano, H. Tamon
    • Journal Title

      APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL

      Volume: 147 Pages: 726-732

    • DOI

      10.1016/j.apcatb.2013.10.006

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of carbon nanotube film directly grown on conductive stainless steel film and application to dielectrophoretic nanoparticle capture2014

    • Author(s)
      N. Sano, T. Nakamura, H. Tamon, T. TSuntornlohanakul, C. Poonjarernsilp, T. Charinpanitkul
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics.

      Volume: 115 Issue: 15 Pages: 154302-154302

    • DOI

      10.1063/1.4870856

    • NAID

      120005439645

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Controlled Syntheses of Various Palladium Alloy Nanoparticles Dispersed in Single-Walled Carbon Nanohorns by One-Step Formation Using an Arc Discharge Method2014

    • Author(s)
      N. Sano, T. Suntornlohanakul, C. Poonjarernsilp, H. Tamon, T. Charinpanitkul
    • Journal Title

      Industrial & Engineering Chemistry Research

      Volume: 53 Issue: 12 Pages: 4732-4738

    • DOI

      10.1021/ie500146f

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 酸化鉄が分散したスルホン化カーボンナノホーンを触媒としたバイオディーゼルの生成2014

    • Author(s)
      Poonjarernsilp Chantamanee、佐野紀彰、田門 肇
    • Organizer
      化学工学会 第79年会
    • Place of Presentation
      岐阜
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Application of sufonated single-walled carbon nanohorns as acid catalyst for biodiesel production2013

    • Author(s)
      Poonjarernsilp Chantamanee、Sano Noriaki、Tamon Hajime
    • Organizer
      化学工学会 第78年会
    • Place of Presentation
      大阪大学(豊中キャンパス)
    • Year and Date
      2013-03-17
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Catalytic activity of sulfonated single-walled carbon nanohorns on biodie sel production2013

    • Author(s)
      C. Poonjarernsilp, N Sano, H. Tamon
    • Organizer
      9^<th> World Congress of Chemical Engineering
    • Place of Presentation
      ソウル (韓国)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Preparation of sulfonated single-walled carbon nanohorn catalyst and its catalytic activity for biodiesel production by esterification2013

    • Author(s)
      C. Poonjarensilp, N. Sano, H. Tamon
    • Organizer
      19^<th> International Vacuum Conference
    • Place of Presentation
      パリ (フランス)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Acid-solid catalyzed esterification of palmitic acid by sulfonated single-wailed carbon nanohorn for biodiesel production2013

    • Author(s)
      C. Poonjarernsilp, N. Sano, H. Tamon
    • Organizer
      The 9^<th> Asia Pacific Conference on Sustainable Energy & Environmental Technologies
    • Place of Presentation
      成田
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Acidic Impregnation on Single-walled Carbon Nanohorn Dispersed with Fe Nanoparticles : Effect of Calcination Temperature2013

    • Author(s)
      C. Poonjarernsilp, N. Sano, H. Tamon
    • Organizer
      12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
    • Place of Presentation
      筑波
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of iron oxide loading inside sulfonated single-walled carbon nano horn catalyst on catalytic performance for esterification of palmitic acid2013

    • Author(s)
      C. Poonjarernsilp, N. Sano, H. Tamon
    • Organizer
      International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials
    • Place of Presentation
      オークランド (ニュージーランド)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Single-step syntheses of SWCNHs dispersed with Pd and Pd-Ni alloy nanoparticles by arc-in-water with nitrogen gas injection2012

    • Author(s)
      C. Poonjarernsilp, N. Sano, T. Ishii, H. Tamon
    • Organizer
      11th Asia-Pacific Conference on Plasma Science and Technology
    • Place of Presentation
      京都大学(桂キャンパス)
    • Year and Date
      2012-10-03
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] One step synthesis of hybrid single-walled carbon nanohorns with metallic nanoparticles using arc disharge in water with nitrogen gas injection2012

    • Author(s)
      C. Poonjarernsilp, N. Sano, T. Ishii, H. Tamon
    • Organizer
      19th Regional Symposium on Chemical Engineering
    • Place of Presentation
      バリ(インドネシア)
    • Year and Date
      2012-09-07
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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