固体触媒上に複数ある活性点の機能発現を制御する、マイクロ流動反応プロセスの構築

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K05208
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 谷屋 啓太 神戸大学, 工学研究科, 助教 (30632822)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西山 覚 神戸大学, 工学研究科, 教授 (00156126) ; 市橋 祐一 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (20362759)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: マイクロ流動層 / 固体触媒 / Baeyer-Villiger酸化 / 不均一触媒

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ベータゼオライト（HBEA）触媒上での過酸化水素（H2O2）によるシクロヘキサノン（CHX）のBaeyer-Villiger酸化（BV酸化）をモデル反応とし、マイクロ流動層型反応器により能動的に触媒、酸化剤、原料の共存時間を制御し、目的反応の維持と副反応の抑制を同時に達成する反応場の構築を目指している。2022年度は、これまで構築してきたマイクロ流動層型反応器に、原料であるCHXとH2O2を交互に供給する非定常操作を適用できるか評価した。また、この非定常操作がBV酸化反応に及ぼす影響を評価した。
1. マイクロ流動層型反応器中での混合特性をトレーサー溶液を用いたステップ応答により評価した。得られた過渡応答曲線は、連続槽型反応器（Continuous Stirred Tank Reactor、CSTR）のそれに類似していたことから、マイクロ流動層型反応器中での混合特性はCSTRに近いことが分かった。
2. 非定常操作が粒子の流動化に及ぼす影響を評価した。ポンプを2台用いて溶液を交互に連続供給する非定常操作で得られる流動層高さは、ポンプを1台だけ用いて溶液を連続供給する従来の定常操作で得られる流動層高さと同程度であった。また、供給液の切替時に流動層高さの大きな変動は見られなかった。供給液の切替が流動層高さに影響しないことから、マイクロ流動層型反応器に非定常操作を導入できることがわかった。
3. マイクロ流動層型反応器をもちいたBV酸化における各操作の影響を評価した。経過時間90 minまででのCHXの平均転化率と目的生成物であるε-カプロラクトン（ε-CL）の平均選択率は、定常操作ではそれぞれ7.7 %および25.6 %であり、非定常操作では13.2 %および31.5 %であった。以上のように、非定常操作により副反応の抑制を実現する反応場の構築の可能性を見出した。