2017 Fiscal Year Research-status Report
バイオマス由来アクリル酸のワンステップ高効率合成を実現する新規触媒の機能設計
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16K18294
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| Research Institution | Suzuka National College of Technology |
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Principal Investigator |
小俣 香織 鈴鹿工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (50734133)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | アクリル酸 / グリセロール / アクロレイン / バイオマス / 固体酸 / タングステン / ニオブ / バナジウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
世界的に需要が高まっている超吸水性ポリマーの製造には、アクリル酸が必要不可欠である。グリセロールから脱水反応と酸化反応のツーステップで合成されるアクリル酸をワンステップで合成するための反応機構を学術的に解明し、新しい複合酸化物触媒を開発することにより、アクリル酸の高効率合成技術を構築することが本研究の目的である。この目的を達成するために、本年度は独自に開発したリン酸添加W-V-Nb-O触媒に着目し、「①リン酸の添加方法および最適組成の解明」、「②合成反応を支配するパラメータの最適条件の解明」を目指して研究を実施した。
①では、種々の方法でリン酸を添加したW-Nb-O触媒をグリセロール転換反応に用い、リン酸の添加法が前段のグリセロール脱水反応に及ぼす影響を調べた。蒸発乾固法、平衡吸着法、水熱合成法のいずれの方法でリン酸を添加した場合にもアクリル酸合成の中間体であるアクロレインの選択率が向上した。増加率は水熱合成法＞平衡吸着法＞蒸発乾固法の順で大きく、高いアクロレイン選択率を得るためにはリンをより高分散に添加する必要があると考えられる。さらに、水熱合成時にリン酸を共存させることで、W-Nb-Oの結晶成長が抑制され比表面積が増大し、グリセロール転化率を増大させることがわかった。
②では、W-V-Nb-O触媒とグリセロールの接触時間を様々に変化させ、生成物の組成を調査することにより、アクリル酸を得るための最適条件の解明を試みた。接触時間の小さい条件では中間体であるアクロレインが生成し、接触時間の増大に伴いアクロレインが逐次的に酸化して目的のアクリル酸が生成した。しかしながら、さらに接触時間を大きくするとアクリル酸の酸化分解が進行し酢酸やCOXが生成するため、効率よくアクリル酸を得るためには触媒毎に接触時間の厳密な制御が必要であることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
おおむね当初の計画通りに進行している。最終年度である平成３０年度は、これまで得た知見に基づいて「グリセロールからのアクリル酸ワンステップ高効率合成を実現する触媒の設計と合成」を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度は、「①リン酸添加W-V-Nb-O触媒の結晶構造および表面物性の解析」、「②反応過程に与えるリン酸の影響の解明」を目指して研究を実施し、リン酸がターゲットとする反応の第１ステップであるグリセロールの脱水反応に及ぼす影響を明らかにした。
平成２９年度は、「③リン酸の添加方法および最適組成の解明」を目指して研究を実施し、グリセロール脱水反応に最適なリンの存在状態の知見を得た。さらに「④合成反応を支配するパラメータ」として触媒と反応物の接触時間に着目し、制御の必要性を見出した。
これを踏まえ３０年度は、「リン酸が第２ステップであるアクロレインの酸化反応に及ぼす影響」を調査する。具体的には酸化反応の活性サイトであるVの価数について、リン酸添加前後の変化をESRやXPSを用いて解析する。これらの結果を、第２ステップであるアクロレイン酸化反応の結果と照らし合わせ、リン酸の効果と本反応に適したVの状態を明らかにする。第１、第２ステップそれぞれについて得られた知見から、「グリセロールからのアクリル酸ワンステップ高効率合成を実現する触媒の設計と合成」を目指す。
また、「④合成反応を支配するパラメータ」については反応物質と触媒との接触時間に加え、雰囲気中の酸素濃度、反応温度など、開発した触媒に最適な反応条件を明らかにし、アクリル酸収率の向上を目指す。
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