2020 Fiscal Year Research-status Report
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20K05219
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
楊 國輝 富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (60709707)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素 / 水素化 / エタノール / タンデム反応 / カルボニル化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、二酸化炭素（CO2）をC1化学的な原料とし、水素化反応及びカルボニル化反応を経て、新規エタノール合成ルートの開発に関する触媒および反応ステップの探索を行った。
① CO2の水素化反応におけるメタノール（MeOH）の合成について、低温メタノール合成用新規触媒の開発を目指した。シュウ酸（HOOC-COOH）をin-situ還元剤とする固相調製法によって、異なるシュウ酸/(Cu+Zn)モル比を用い、新規Cu/ZnO触媒を調製した。気相低温メタノール合成反応において、CO2を含む合成ガスを原料とし、調製したCu/ZnO触媒の活性を検証した。反応結果によると、各種のCu/ZnO触媒にとって、零価電子を有するCuの表面積の増加に伴い、メタノールの空時収量（space time yield）は直線的に増やした。特に、シュウ酸/(Cu+Zn)のモル比を4/1にすると、最高の空時収量（456.3 g/kg・h）に達した。
② メタノールの脱水反応による得たジメチルエーテル（DME）を原料とし、新規ゼオライトを用いて、カルボニル化反応における酢酸メチルの合成を研究した。代表的な研究成果の一つである新規モルデナイト（MOR）ゼオライトの開発について、助剤とする塩化ナトリウムを添加し、水熱合成時間及び温度を調節して、高結晶度又は高活性を有する新規MORゼオライトの調製に成功した。130度と48時間で合成したMORゼオライトを触媒とし、カルボニル化反応において、50％のDME転化率と100％の酢酸メチルの選択率を実現した。加えて、有機テンプレート剤を使わない手法を開発し、コアにCu/ZnOエステル水素化触媒（酢酸メチルのin-situ水素化）とシェルにHMORゼオライト（DMEにCOの挿入）であるカプセル触媒を成功に調製して、DMEと合成ガスからエタノールへの一段階合成を実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
令和2年度は、今研究の実施の初年度として、二酸化炭素の水素化反応におけるメタノールの合成ルートの探索及びジメチルエーテルと合成ガスからエタノールへの新規ゼオライトの開発を目指していた。予定していた伝統的な共沈法よりもコストが低い固相調製法及び尿素沈殿法を用いて、新規Cu系触媒を開発した。更に低温メタノール合成反応において、その触媒の優れた性能を検証した。また、タンデム反応の構築又はジメチルエーテルと合成ガスからエタノールへの直接転換用カプセル触媒の開発を順調に遂行した。初年度の目標を既に達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度には研究計画に従って、二酸化炭素から新規エタノールへの新規合成ルートを継続的に探索する。多段反応をまとめて一括遂行出来た触媒の構造が複雑なので、既に取得した結果に基づいて、今年度には各反応担当触媒部分の相互影響を注意深くチューニングしていきたい。特に、新規低温メタノール合成方法に基づく効果の検証および強化、助触媒の添加等による触媒寿命延長、副産物のCOや軽質アルカンなどの生成抑制、および安価かつ簡易なカルボニル化反応用ゼオライト製造方法の確立に取り組む。問題点の解析と解決策の検証を同時に行うことで、今年度の研究計画を実現できると考えられる。
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| Causes of Carryover |
令和2年3月末までに納品完了が難しかったため、次年度使用額が生じた。今年度の使用計画について、新規合成方法論に基づく効果の検証および強化、助触媒の添加効果による転化率の向上、MeOHの選択率向上、助触媒の添加等による触媒寿命の延長、および安価かつ簡易なカルボニル化反応用ゼオライト製造方法の確立を重点項目とし、多段反応を組み合わせることで一括遂行可能なタンデム反応ルートを計画し、二酸化炭素から新規エタノールへの新規合成ルートを継続的に探索する。
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