金属複合プラスチックからの有機原料と金属の同時回収プロセスの開発

• Project/Area Number: 12J04996
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Environmental technology/Environmental materials
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 熊谷 将吾 東北大学, 環境科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2012: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: リサイクル / PET / ベンゼン / 酸化カルシウム / プラスチック / 熱分解 / 加水分解 / フィードストックリサイクル / ^<18>O同位体標識水 / 金属水酸化物 / 金属複合材料 / 金属回収 / プラスチックリサイクル

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、ポリエチレンテレフイタレート（PET）のベンゼン化の際に用いる酸化カルシウム（CaO）に主眼を置き、テレフタル酸のベンゼン化に及ぼすCaOの性能の影響を検討した。テレフタル酸のベンゼン化に及ぼすCaOの性能を評価するため、炭酸カルシウム（CaCO3）からCaOを調製する際の焼成温度を900 ℃、990 ℃、1050 ℃、1110 ℃、および1170 ℃とし、得られたCaOのBET比表面積、細孔容積分布、および指示薬法による表面塩基度を測定した。焼成温度の増加に伴い、CaOの焼結が進行することが確認され、それらのBET比表面積、細孔容積は温度増加と共に減少した。指示薬法による表面塩基度測定を実施した結果、焼成温度900 ℃のCaOが強い表面塩基度を示した。
これらのCaOを、固定床反応装置に供給するテレフタル酸に対してモル比120となるよう充填し、反応温度700 ℃でテレフタル酸のベンゼン化試験を実施した。その結果、ベンゼン収率は僅かにではあるが、焼成温度の増加に伴い増加する傾向を示した。また、活性の高いCaOであるほど、ベンゼンのプロトンを引き抜き、生成したベンゼン同士の二次反応によるビフェニルの生成量が増加した。一方、焼成温度900 ℃以上のCaOを用いた場合、CaOと反応せずに充填層を通過したテレフタル酸が確認された。以上より、テレフタル酸とCaOが効率よく反応するためにはある程度の活性が必要であると同時に、活性の高すぎるCaOは生成したベンゼン同士の二次反応を促進するため、ベンゼン収率が低下する可能性が示唆された。しかし、いずれのCaOを用いた場合でもベンゼン収率・純度に大きな差異は確認されず、PETのベンゼン化に適用可能なCaOの性能は幅広いことが明らかとなった。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Catalytic Degradation of Poly(ethylene terephthalate) for Benzene-Rich Oil Recovery Using Metal Hydroxides (2014)
  • Author(s): Shogo Kumagai, Guido Grause, Tomohito Kameda, Toshiaki Yoshioka
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 43 Issue: 5 Pages: 637-639
  • DOI: 10.1246/cl.131109
  • NAID: 130004868095
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hydrogen production from biomass and plastic mixtures by pyrolysis-gasification (2014)
  • Author(s): Jon Alvarez, Shogo Kumagai, Chunfei Wu, Toshiaki Yoshioka, Javier Bilbao, Martin Olazar, Paul T. Williams
  • Journal Title: International Journal of Hydrogen Energy Volume: 39 Pages: 10883-10891
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] プラスチックの特性と今後のプラスチックリサイクル (2014)
  • Author(s): 熊谷将吾、吉岡敏明
  • Journal Title: 廃棄物資源循環学会誌 Volume: 25 Pages: 124-132
  • NAID: 130008029009
• [Journal Article] Recovery of benzene-rich oil from the degradation of metal- and metal-o xide-containing poly (ethylene terephthalate) composites (2014)
  • Author(s): Shogo Kumagai, Guido Grause, Tomohito Kameda, Toshiaki Yoshioka.
  • Journal Title: Journal of Material Cycles and Waste Manageme nt Volume: 16 Issue: 2 Pages: 282-290
  • DOI: 10.1007/s10163-013-0194-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simultaneous Recovery of Benzene-Rich Oil and Metals by Steam Pyrolysis of Metal-Poly (ethylene terephthalate) Composite Waste (2014)
  • Author(s): Shogo Kumagai, Guido Grause, Tomohito Kameda, Toshiaki Yoshioka
  • Journal Title: Environmental Science & Technology Volume: 48 Issue: 6 Pages: 3430-3437
  • DOI: 10.1021/es405047j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Treatment of NO and N0_2 with a Mg-Al oxide slurry (2013)
  • Author(s): Tomohi to Kameda, Aki Kodama, Yuki Fubasami, Shogo Kumagai, Toshiaki Yoshioka
  • Journal Title: Journal of Environmental Science and Health, Part A : Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering Volume: 48 Issue: 1 Pages: 86-91
  • DOI: 10.1080/10934529.2012.707853
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Novel Approach for Determining the Proportions of Pyrolysis and Hydrolysis in the Degradation of Poly(ethylene terephthalate) in ¹⁸O-Labeled Steam (2013)
  • Author(s): Shugo Kumagai, Yuto Morohoshi, Guido Grause, Toshiaki Yoshioka
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 42 Issue: 3 Pages: 212-214
  • DOI: 10.1246/cl.2013.212
  • NAID: 10031155755
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Removal of S0_2 with a Mg-Al oxide slurry via reconstruct ion of a Mg-Al layered double hydroxide (2012)
  • Author(s): Tomohi to Kameda, Aki Kodana, Yuki Fubasaii, Shoeo Kulagai. Toshiaki Yoshioka
  • Journal Title: Chemosphere Volume: 88 Pages: 250-254
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 水蒸気を用いたポリイミド熱分解における窒素化合物の生成挙動 (2015)
  • Author(s): 保坂朋志、熊谷将吾、Grause Guido、亀田知人、吉岡敏明
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学（千葉県・船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] ポリエチレンテレフタレート/ポリ塩化ビニルターポリンの化学リサイクル (2015)
  • Author(s): 平橋賢、熊谷将吾、Grause Guido、亀田知人、吉岡敏明
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学（千葉県・船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 水蒸気を用いたポリイミドの加水分解速度解析 (2014)
  • Author(s): 保坂 朋志、熊谷 将吾、Grause Guido、亀田 知人、吉岡 敏明
  • Organizer: 平成26年度化学系学協会東北大会
  • Place of Presentation: 山形大学（山形県・米沢市）
  • Year and Date: 2014-09-20 – 2014-09-21
• [Presentation] 18O同位体標識水を用いたポリエステルの水蒸気分解における熱分解および加水分解の解析 (2014)
  • Author(s): 熊谷将吾、諸星勇翔、Grause Guido、亀田知人、吉岡敏明
  • Organizer: プラスチックリサイクル化学研究会第17回研究討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県・名古屋市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-12
• [Presentation] 水蒸気を用いたポリイミドの熱分解挙動 (2014)
  • Author(s): 保坂 朋志、熊谷 将吾、グラウゼ ギド、亀田 知人、吉岡 敏明
  • Organizer: プラスチックリサイクル化学研究会(FSRJ)第17回研究討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県・名古屋市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-12
• [Presentation] ニッケル系触媒を用いたプラスチック/バイオマス混合物のガス化 (2014)
  • Author(s): 熊谷将吾、Jon Alvarez、Paula H. Blanco、Chunfei Wu、吉岡敏明、Martin Olazar、Paul T. Williams
  • Organizer: 第23回日本エネルギー学会大会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2014-07-19 – 2014-07-20
• [Presentation] Hydrogen production from biomass/plastic mixture using novel bi-functional Ni-Mg-Al-Ca catalyst for gasification and in-situ CO2 adsorption (2014)
  • Author(s): Shogo Kumagai, Jon Alvarez, Paula H. Blanco, Chunfei Wu, Toshiaki Yoshioka, Martin Olazar, Paul T. Williams
  • Organizer: 20th International Symposium on Analytical and Applied Pyrolysis
  • Place of Presentation: Birmingham (United Kingdom)
  • Year and Date: 2014-05-19 – 2014-05-23
• [Presentation] Simultaneous Recovery of Organic and Inorganic Materials by the Thermal Decomposition of Plastic-Metal Composites (2013)
  • Author(s): Yuto Morohoshi, Shogo Kumagai, Guido Grause, Tomohito Kameda, Toshiaki Yoshioka
  • Organizer: 7th International Symposium on Feedstock Recycling of Polymeric Materials
  • Place of Presentation: Iwanuma (Japan)
  • Year and Date: 2013-10-24
• [Presentation] Thermal Decomposition of Printed-Circuit Boards Based on Thermoset Resin (2013)
  • Author(s): Shogo Kumagai, Guido Grause, Tomohito Kameda, Toshiaki Yoshioka
  • Organizer: International Symposium of Chemical-Environmental-Biochemical Technology 2013, The 5th International Symposium of Environmental Leaders
  • Place of Presentation: Iwanuma (Japan)
  • Year and Date: 2013-09-10
• [Presentation] Thermal Decomposition of Printed-Circuit Boards Based on Thermoset Resin (2013)
  • Author(s): Shogo Kumagai, Guido Grause, Tomohito Kameda, Toshiaki Yoshioka
  • Organizer: International Symposium of Chemical-Environmental-Biochemical Technology 2013, The 5th International Symposium of Environmental Leaders
  • Place of Presentation: New Delhi (India)
  • Year and Date: 2013-09-10
• [Presentation] Determination of the Proportion between Hydrolysis and Pyrolysis during Poly (ethylene terephthalate) Degradation in 18O-labeled steam (2013)
  • Author(s): Yuto Morohoshi, Shogo Kumagai, Guido Grause, Tomohito Kameda. Toshiaki Yoshioka
  • Organizer: International Symposium of Chemical-Environmental-Biochemical Technology 2013, The 5th International Symposium of Environmental Leaders
  • Place of Presentation: New Delhi (India)
  • Year and Date: 2013-09-10
• [Presentation] ポリエチレンテレフタレートの水蒸気熱分解における加水分解の解析 (2013)
  • Author(s): 諸星勇翔, 熊谷将吾, Gruase Guido, 亀田知人, 吉岡敏明
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 大津
  • Year and Date: 2013-03-24
• [Presentation] 熱硬化性樹脂プリント基板の熱分解挙動 (2013)
  • Author(s): 籃谷将吾, Grause Guido, 亀田知人, 吉岡敏明
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 大津
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] Feedstock Recycling of Organic and Inorganic Materials by Thermal Decomposition of Metal-Containing Plastics (2013)
  • Author(s): Shorn Guido Grause, Tomohi to Kameda, Toshiaki Yoshioka
  • Organizer: The 12th Expert Meeting on Solid Waste management in Asia and Pacific Island
  • Place of Presentation: Tokyo (Japan)
  • Year and Date: 2013-02-27
• [Presentation] 生石灰を用いた金属含有ポリエチレンテレフタレートの熱分解油化および金属回収 (2012)
  • Author(s): 熊谷将吾, Grause Guido, 亀田知人, 吉岡敏明
  • Organizer: プラスチックリサイクル化学研究会第15回研究討論会
  • Place of Presentation: 米沢
  • Year and Date: 2012-09-26
• [Presentation] ^<18>O同位体標識水を用いたポリエチレンテレフタレートの熱分解及び加水分解速度の解析 (2012)
  • Author(s): 諸星勇翔, 熊谷将吾, Gruase Guido, 亀田知人, 吉岡敏明
  • Organizer: プラスチックリサイクル化学研究会第15回研究討論会
  • Place of Presentation: 米沢
  • Year and Date: 2012-09-26
• [Presentation] ポリエチレンテレフタレートの水蒸気分解速度解析 (2012)
  • Author(s): 諸星勇翔, 熊谷将吾, Gruase Guido, 亀田知人, 吉岡敏明
  • Organizer: 平成24年度化学系学協会東北大会
  • Place of Presentation: 秋田
  • Year and Date: 2012-09-16
• [Presentation] KINETIC INVESTIGATION OF PYROLYSIS AND HYDROLYSIS OF POLY(ETHYLENE TEREPHTHALATE) (2012)
  • Author(s): Guido Grause, Yuto Morohoshi, Shogo Kumagai. Tomohito Kameda, Toshiaki Yoshioka
  • Organizer: 19th International Symposium on Analytical and Applied Pyrolysis
  • Place of Presentation: Linz (Austria)
  • Year and Date: 2012-05-24
• [Presentation] Recovery of Organic and Inorganic Materials by Thermal Decomposition of Metal-Containing Poly (ethylene terephthalate) (2012)
  • Author(s): Shogo Kumagai. Guido Grause, Tomohi to Kameda, Toshiaki Yoshioka
  • Organizer: 3rd and 4th International Symosium of Environmental Leader
  • Place of Presentation: Xi' an and Shanghai(China)
• [Remarks] 東北大学大学院 環境科学研究科 吉岡研究室ウェブページ
  • URL: http://www.che.tohoku.ac.jp/~env/index.html
• [Remarks] 東北大学大学院環境科学研究科資源循環プロセス学講座リサイクル化学分野吉岡研究室ウェブサイト
  • URL: http://www.che.tohoku.ac.jp/~env/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.che.tohoku.ac.jp/^env/gyouseki.html