金属担持多孔質材料作製に向けた超臨界ＣＯ２中の前駆体吸着挙動の測定及びモデリング

• Project/Area Number: 15J02431
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Properties in chemical engineering process/Transfer operation/Unit operation
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 宇敷 育男 東北大学, 大学院環境科学研究科, 特別研究員(PD) (30734850)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 金属錯体 / 触媒 / 超臨界 / 二酸化炭素 / 吸着 / 速度論 / メソポーラスシリカ / 吸着平衡 / 超臨界CO2 / ロジウム / 多孔質担体 / Dubinin-Astakhov式

Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は，前年度開発した固定層吸着法に基づく装置により，多様な細孔径，細孔構造を有する3種のメソポーラスシリカ(MCM-41，MSU-H, HMS)をモデル多孔質担体，ロジウム(水素化反応の触媒の一種)の前駆体であるロジウムアセチルアセトナートRh(acac)3をモデル金属錯体として，温度313 Kから353 K，圧力15.0 MPaにおいて破過曲線の解析による速度論的検討を行なった．その結果，超臨界二酸化炭素中におけるロジウムアセチルアセトナート吸着速度はメソポーラスシリカの担体物性及び実験温度，圧力等の操作条件の影響を強く受けた．この原因について考察すると，MCM-41，MSU-H，HMSそれぞれのメソポーラスシリカの細孔構造(細孔径，モルフォロジー等)及び温度，圧力条件によって変化する二酸化炭素のバルク密度の観点から定量的に理解可能であった．また固定層吸着に基づく速度論的モデルにより吸着速度(破過曲線)を細孔内拡散係数をフィッティングパラメーターとして相関した結果，超臨界二酸化炭素中における金属錯体(ロジウムアセチルアセトナート)のメソポーラスシリカMCM-41，MSU-H，HMSへの吸着現象に関する定量的知見を獲得することに成功した．この結果，平成27年度における吸着平衡に関する検討も合わせると，本研究成果により金属担持多孔質材料作製に向けた超臨界二酸化炭素中の前駆体吸着挙動の測定及びモデリングについて，平衡論・速度論両面からのアプローチが可能となったといえる．

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Desorption behavior of various volatile organic compounds from activated carbon in supercritical carbon dioxide: Measurement and kinetic modeling (2017)
  • Author(s): I. Ushiki, K. Kikuchi, N. Takahashi, Y. Sato, Y. Ito, H. Inomata
  • Journal Title: The Journal of Supercritical Fluids Volume: 121 Pages: 41-51
  • DOI: 10.1016/j.supflu.2016.11.007
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Adsorption equilibria of rhodium acetylacetonate with MCM-41, MSU-H, and HMS silica substrates in supercritical carbon dioxide for preparing catalytic mesoporous materials (2017)
  • Author(s): I. Ushiki, N. Takahashi, T. Shimizu, Y. Sato, M. Ota, R.L. Smith Jr, H. Inomata
  • Journal Title: The Journal of Supercritical Fluids Volume: 120 Pages: 240-248
  • DOI: 10.1016/j.supflu.2016.05.032
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Adsorption equilibria of volatile organic compounds on various adsorbents in supercritical carbon dioxide: Measurement and analysis by the Dubinin-Astakhov equation (2016)
  • Author(s): I. Ushiki, Y. Sato, M. Ota, H. Inomata
  • Journal Title: Fluid Phase Equilibria Volume: 420 Pages: 58-67
  • DOI: 10.1016/j.fluid.2016.02.007
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Multicomponent (Binary and Ternary) Adsorption Equilibria of Volatile Organic Compounds (Acetone, Toluene, and n-Hexane) on Activated Carbon in Supercritical Carbon Dioxide (2016)
  • Author(s): Ikuo Ushiki, Yoshiyuki Sato, Masaki Ota, Hiroshi Inomata
  • Journal Title: Industrial & Engineering Chemistry Research Volume: 55 Issue: 7 Pages: 2163-2173
  • DOI: 10.1021/acs.iecr.5b04383
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] VOCs (acetone, toluene, and n-hexane) adsorption equilibria on mesoporous silica (MCM-41) over a wide range of supercritical carbon dioxide conditions: Experimental and theoretical approach by the Dubinin-Astakhov equation (2015)
  • Author(s): Ikuo Ushiki, Masaki Ota, Yoshiyuki Sato, Hiroshi Inomata
  • Journal Title: Fluid Phase Equilibria Volume: 403 Pages: 78-84
  • DOI: 10.1016/j.fluid.2015.06.019
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 超臨界法による担持触媒調製へ向けたメソポーラスシリカに対する金属前駆体吸着挙動の測定及び速度論的モデリング (2016)
  • Author(s): 宇敷育男，髙橋直人，小池 美旺，大田 昌樹，佐藤 善之，Smith Richard，猪股 宏
  • Organizer: 化学工学会第48回秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス(徳島県・徳島市)
  • Year and Date: 2016-09-08
• [Presentation] Adsorption Behavior of Metal Precursors on Mesoporous Silica in Supercritical Carbon Dioxide (2016)
  • Author(s): Ikuo Ushiki, Naoto Takahashi, Taichi Shimizu, Masaki Ota, Yoshiyuki Sato, Richard L. Smith Jr., Hiroshi Inomata
  • Organizer: 14th International Conference on Properties and Phase Equilibria for Product and Process Design
  • Place of Presentation: ポルト(ポルトガル)
  • Year and Date: 2016-05-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Measurement and modeling of adsorption equilibria of metal complex in supercritical carbon dioxide for metal-supported porous materials (2015)
  • Author(s): Ikuo Ushiki, Naoto Takahashi, Taichi Shimizu, Masaki Ota, Yoshiyuki Sato, Hiroshi Inomata and Richard L. Smith Jr.
  • Organizer: 11th International symposium on Supercritical Fluids Simulation
  • Place of Presentation: ソウル大学校(韓国ソウル特別市)
  • Year and Date: 2015-10-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 超臨界CO2雰囲気下における多孔性シリカへの触媒金属前駆体の吸着平衡測定と解析 (2015)
  • Author(s): 髙橋直人，宇敷 育男, 大田 昌樹, 佐藤 善之, 猪股 宏
  • Organizer: 化学工学会第47回秋季大会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2015-09-09