2018 Fiscal Year Annual Research Report
Diffusion mechanism of hydrocarbons within zeolite in high pressure liquid phase and supercritical fluid
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17K14856
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
中坂 佑太 北海道大学, 工学研究院, 助教 (30629548)
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2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 化学工学 / 反応工学 / 拡散 / ゼオライト / 亜臨界・超臨界流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
結晶性アルミノケイ酸塩であるゼオライトは、石油精製・石油化学プロセスにおける重要触媒であり、炭化水素の分子サイズに近いサイズの細孔を有している。ゼオライトの活性点のほとんどがゼオライトの結晶内部に存在することから、反応分子はゼオライト結晶内を拡散し、活性点に到達することで始めて反応が進行する。そのため、ゼオライト結晶内の拡散現象が反応活性や選択性に影響する。実際の化学プロセスにおいて高温高圧の液相や超臨界流体が用いられるにも関わらず、このような反応場におけるゼオライト結晶内の炭化水素の拡散機構に関する情報はほとんどない。本研究では、これまで未解明であった高温高圧液相から亜臨界・超臨界流体下におけるゼオライト触媒内拡散係数測定法の確立とその機構解明を目指し研究を実施した。本研究では、まず定容法による高圧液相、超臨界流体中でのゼオライト結晶内拡散係数測定法を確立した。この測定手法を用い、MFI型および*BEA型のピュアシリカゼオライト、ゼオライト骨格中にAlを有するMFI型およびY型ゼオライトを用いて拡散係数を実測することに成功した。さらに、臨界点付近での流体内における拡散物質の存在状態を分光法により解析することで、拡散機構の検討を実施した。本研究実施により以下の内容が明らかになった。
１）ラマン分光光度計を用いることで高圧液相、超臨界流体中における拡散物質／溶媒混合溶液中の拡散物質濃度を測定可能である。
２）臨界点付近ではゼオライトの細孔内に分子が拡散しづらくなる。
３）これは、臨界点付近で拡散物質／溶媒分子のクラスター化（溶媒和）生じるためであり、ゼオライト細孔内入口部での拡散抵抗が増大し拡散係数が低下したと示唆される。
本研究で得られた知見は、高温高圧の液相や亜臨界・超臨界流体が関わるゼオライト触媒を用いた反応のプロセス設計や触媒設計に貢献するものと期待される。
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