Development of multidimensional surfaces by utilising high density and selectivities of head groups of micelles

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K05271
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 吉武 英昭 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (20230716)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: シルセスキオキサン / エステル交換反応 / 塩基触媒 / 鉄触媒

Outline of Annual Research Achievements

酸、塩、酸化性、還元性など性質が異なる活性点が共存する触媒は、反応プロセスを大幅に簡素化できるが、活性点を高密度にすると干渉が起き、無活性化や短寿命化を招く。これは活性点周辺の原子の運動自由度を抑制することで抑えられる。本年度、アミン―酸化鉄の異種活性点を２次元状に高密度分布させた塩基－金属二元触媒の調製法を確立、この触媒がバイオディーゼル燃料調製に有効なエステル交換反応に高活性であることを示した。
N, N-diethylaminomethyltrimethoxysilane (C2H5)2NCH2Si(OMe)3とTEOS Si(OC2H5)4の混合物を同割合で混合したミリスチン酸とoctadecanolの混合型剤存在下で加水分解、脱水共縮合、層状固体を得た。乾燥後、塩化鉄（III)溶液で処理したところ、ミリスチン酸が除去され、相剥離が起きた。その後塩酸で処理、塩基に直接配位結合する鉄イオン、弱く結合している鉄イオンを除去した後、再びpH=12に戻し、乾燥して触媒とした。構造はXRD、FT-IR、UV-visなどで解析した。トリアセチンとメタノールを反応させて、酢酸メチルを生成する交換反応をプローブに、(C2H5)2NCH2Si(OMe)3ととTEOSの混合比、塩酸で処理する時間を変え、二次元アミノアルキル基密度と鉄密度を最適化したところ、それぞれ9:1、1～2時間で転化率、選択性ともに最大（80％、55％）になった。この時の鉄/ケイ素の原子比は2%であった。この活性と選択性は、昨年度実施した相剥離後に可能な限り鉄(III)を除去した触媒より格段に高かった。このエステル交換反応における鉄活性点と塩基活性点の共同効果の機構を検討した。