2017 Fiscal Year Annual Research Report
Sustainabele synthesis of useful chemicals from glycerol
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16K18291
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
菅沼 学史 鳥取大学, 工学研究科, 助教 (90731753)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | グリセロール / アクリル酸 / 二機能性触媒 / ZSM-5 / W-V複合酸化物 / アクロレイン / 酸性質測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
循環型社会を実現するために石油化学資源から再生可能なバイオマス資源の利用へ転換することが求められている．グリセロールは脂肪酸や石鹸の製造過程に加え，近年ではバイオディーゼル燃料の生産過程で生成するため，その新規用途開発が求められている．高吸水性樹脂等の原料として使用されるアクリル酸は主にプロピレンを直接酸化して製造されているが，グリセロールの脱水反応によって生成したアクロレインを酸化して合成する方法もある．この方法は通常２段階の反応で行われているが，グリセロールからアクリル酸をワンパスで合成してプロセスを簡略化できればエネルギー低減が可能となる．まず，脱水反応に適した固体酸触媒の探索を行い，酸性質と触媒活性との関係を明らかにした．脱水反応ではZSM-5ゼオライトが安定してアクロレインを生成できた．続けて，ワンパスで反応を進行させるための二機能性触媒を開発し，ZSM-5上にヘテロポリ酸を担持した触媒がアクリル酸を生成することを見出した．しかし，アクリル酸収率が30％と低いため，触媒開発のコンセプトを見直した．そこで，脱水反応に活性を示すZSM-5の粒子をアクロレインの部分酸化に適した酸化触媒で内包する二元機能触媒の開発に取り組んだ．第一にアクロレイン酸化に適した触媒の探索を行った．高い酸化活性を示す触媒としてMo-V複合酸化物(Mo-V-O)が有望だったが，ZSM-5粒子を担持する過程でMo-V-Oは部分溶解したので，安定で比較的高いアクロレイン酸化活性を有するW-V-Oが適すと判断した．二元機能触媒はW-V-O上にZSM-5の種結晶を担持して調製し，外表面に酸点，内部に酸化活性点を有する．この触媒を用いたグリセロール脱水酸化反応は触媒層の前段にZSM-5, 後段にW-V-Oをつめた二段階反応に匹敵する触媒活性とアクリル酸選択率を示した．
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