2019 Fiscal Year Research-status Report
ヘテロ原子含有有機物のゼオライト細孔内拡散機構解明
| Project/Area Number |
19K05136
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido University |
|---|
Principal Investigator |
中坂 佑太 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30629548)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増田 隆夫 北海道大学, 工学研究院, 教授 (20165715)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 化学工学 / 反応工学 / ゼオライト / 拡散 / 液相 / 超臨界流体 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
工業触媒の多くはその粒子内にミクロ・メソ・マクロ孔が階層的に形成しており、実際の触媒反応では、反応物がこの細孔内を拡散することで活性点に到達するため、見かけの反応速度の最大値は粒子内に存在する細孔内部での分子の拡散速度である。バイオマスをはじめ、その分子構造中に酸素などヘテロ原子を含む分子の利活用が期待されているが、ヘテロ原子を分子構造中に含む炭化水素の多孔体細孔内拡散機構に関する研究例はほとんどない。本研究では、申請者らがこれまでに開発した気相、液相、超臨界流体中での多孔質材料細孔内拡散係数測定法を駆使しすることにより、これまでに報告例がほとんどないヘテロ原子を分子構造中に持つ炭化水素のゼオライト結晶内拡散機構を解明することを目的としている。2019年度は、吸着材にMFI型ゼオライトを選定し酸素原子を含む環状炭化水素のゼオライト結晶内拡散係数の測定に取り組んだ。第１四半期では、2019年度の拡散係数測定に用いるMFI型ゼオライト（Silicalite-1やZSM-5）の合成を実施した。気相の拡散係数測定装置を用いてトルエンのSilicalite-1結晶内拡散係数を測定し、既報の拡散係数と概ね等しい値が得られることを確認した。第２四半期からは液相を中心にフェノール等の酸素原子を分子構造中に持つ芳香族化合物を拡散物質に用いMFI型ゼオライト結晶内拡散係数測定を実施した。ZSM-5を用いた測定ではトルエンに比べてフェノールの吸着量が高く、また酸点への吸着の影響によりフェノールの拡散係数が低下することが明らかになった。超臨界流体中での測定は液相に比べて拡散物質濃度測定の難易度が高い。フェノールは常温固体であるために希釈して装置に導入する必要があるため、流体中のフェノール濃度測定が高難度であった。そこで拡散物質を液体で導入可能なアルキルフェノールを対象として検討を進めている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2019年度は液相を中心にフェノールやアルキルフェノールのMFI型ゼオライト結晶内拡散係数測定を実施した。芳香族化合物のメチル基とOH基の違いが吸着や拡散に及ぼす影響を明らかにするとともに、アルキルフェノールのアルキル基の位置による拡散係数への影響を明らかにしており、これらの内容は論文投稿準備中である。超臨界流体での測定に対しては、フェノールが常温で固体の物質であるために溶媒に希釈して装置に導入することになるが濃度を高めることが難しく測定の難易度は非常に高いことがわかった。そこで、アルキルフェノールを中心に検討を行うことにした。比較対象として超臨界流体中におけるキシレンのMFI型ゼオライト結晶内拡散係数の実測をすでに実施しており、アルキルフェノールの測定を実施中である。よって、当初計画に対して本研究は概ね順調に進展していると判断している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
超臨界流体中でのMFI型ゼオライト結晶内におけるアルキルフェノールの拡散係数測定を完了させ、拡散機構について議論する。当初計画の通り、2020年度からはMFI型ゼオライトに加えてY型ゼオライト等の細孔径が大きいゼオライトを吸着材に用いた拡散係数測定を進める。また、2020年度からは超臨界流体中でのゼオライト触媒を用いた含酸素有機化合物のモデル反応の反応速度解析を実施し、見かけの反応速度に対する拡散速度の影響を明らかにすることで、反応工学的に触媒設計指針を得ることを目的としている。ここでは、p-プロピルフェノールとベンゼンを原料に用いた不均化反応によるフェノール合成を実施する。固定層流通式反応を作製し、これまでの知見を活かして速度解析を実施する。
|
| Causes of Carryover |
エアダスターを購入して拡散係数測定に用いる耐圧容器内を洗浄する工程に使用する予定であったが、所属研究室に供給されている圧空を活用することで対応することができたため残額が生じた。生じた残額は、次年度に使用予定の実験用消耗品購入に活用する予定である。
|
Research Products
(1 results)
