2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of catalyst for one-stepoxidation of benzene with oxygen to phenol and improvement of its catalyst
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15K06566
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
市橋 祐一 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (20362759)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西山 覚 神戸大学, 工学研究科, 教授 (00156126)
谷屋 啓太 神戸大学, 先端融合研究環, 助教 (30632822)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ベンゼンの気相接触酸化反応 / フェノール合成反応 / 銅担持ゼオライト触媒 / 量子化学計算 / 成形体触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Cu/HZSM-5触媒上でのベンゼンの酸素による気相酸化反応でのフェノール合成法は低コストなフェノール合成法として、その実用化が期待されている。Cu/HZSM-5触媒への第二金属の添加に関してはAlもしくはTiが効果的であることが明らかとなった。また、反応ガス中に水蒸気を添加することで、これまで問題であった反応中の失活を抑制することに成功した。これら反応中での失活の原因は、主に触媒表面への炭素析出であったが、わずかに水蒸気を添加することで解決できることが明らかとなったことは実用化に向けた大きな進展である。また、反応機構解明のためFT-IR測定を試みたところ、骨格外に存在するAlがルイス酸点として機能し、このルイス酸点でベンゼンが活性化され、Cu上で活性化された酸素と反応することで、フェノールが生成することが明らかとなった。さらに、これら結果をもとにDFT計算をおこなうと、Cu 原子への酸素の吸着には Cu原子に対して酸素分子のO原子１原子が末端から吸着するend-on 型の吸着した酸素種がベンゼンと反応することが示唆された。さらに、このCu上で活性化されたend-on 型の酸素分子が、ベンゼンのH原子を攻撃して反応が進行するのか、それともC原子を攻撃して反応が進行するのかDFT計算にて検討した。結果、C原子ではなくH原子を攻撃して、H原子と吸着酸素のO原子が入れ代わるように、一段階でフェノールが生成する機構がエネルギー的に有利であることがわった。最後に、実用化に向けこれらCu/HZSM-5触媒の成形体の作成を試みた。結果、成形体触媒を用いることで、活性は低下するものの触媒劣化は抑制されることがわかり、ガス流動が炭素析出に影響を及ぼしていることが明らかとなった。
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