2020 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
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19K05136
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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, 准教授 (30629548)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増田 隆夫 北海道大学, 工学研究院, 特任教授 (20165715)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 化学工学 / 反応工学 / ゼオライト / 拡散 / 超臨界流体 |
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| 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。
2020年度は、まず2019年度とは異なるアルキルフェノール、アルキルベンゼンを拡散物質とし亜臨界・超臨界流体中でのMFI型ゼオライト内拡散係数の実測を行った。Silicalite-1を用いたところ拡散物質に依らず溶媒の臨界温度にて拡散係数が低下した。一方、酸点を有するK-MFIを用いたところ特定のアルキルフェノールについては他の拡散物質で測定された温度に対する傾向とは異なる傾向を示すことがわかった。これは、Y型ゼオライトに対しても同様であった。この要因については検討中である。
液相に対しても同様にMFI型ゼオライトよりも大きな細孔径を有するY型ゼオライトを用いフェノール類の拡散係数を実測することに成功し、フェノールのゼオライト結晶内拡散係数はMFI型に比べ、Y型を用いた方が大きいことを明らかにした。
また、固定床流通式の高圧反応装置を用いてMFI型ゼオライト触媒を用いたアルキルフェノールのトランスアルキル化反応の検討を開始した。ゼオライト粒径を小さくすることで、反応転化率が向上することを明らかにした。
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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
2020年度は、2019年度に開始したMFI型ゼオライトを吸着材に用いた液相・亜臨界・超臨界流体中でのフェノール類の拡散係数測定に加えて、細孔径の大きさに着目をし、細孔径の異なるＹ型ゼオライトを対象に拡散係数の実測を進めてきた。特定のアルキルフェノールに対して他の拡散物質では確認できていない特異的な結果が得られているが、メカニズムの解明には至っていない。また、高圧での固定層型流通式反応器を用いてMFI型ゼオライト触媒を用いたプロピルフェノールのトランスアルキル化反応を実施することに成功した。反応工学の知見を活用した反応速度論解析を進めており、2021年度には論文投稿を行う予定である。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。
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| Strategy for Future Research Activity |
液相・亜臨界・超臨界流体での含酸素有機化合物の拡散係数測定を継続して実施する。ゼオライトの細孔構造の影響としてベータ型ゼオライトや酸点量にも注目して検討を進める。また、液相系を主対象にヘテロ原子種の影響についても実測検討を行う。実測の結果に基づいて拡散機構を議論し、体系化を目指す。さらに、高圧の固定床流通式反応器を用いたp-プロピルフェノールのトランスアルキル化反応を継続して行い、触媒有効係数を用いた議論に展開し、触媒設計指針を得ることを目指す。
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| Causes of Carryover |
情報収集や学会発表の出張旅費を計上していたが、新型コロナウイルス感染症の影響によりキャンセル、オンラインでの実施となったために残額が生じた。残額分については、触媒反応に用いるゼオライトの合成等の消耗品および分析用カラムに充て、研究の加速化を図る。
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