2011 Fiscal Year Annual Research Report
膜型反応器とマイクロ波照射の融合による化学反応の高効率化
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21350085
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 剛一 独立行政法人産業技術総合研究所, コンパクト化学システム研究センター, 主任研究員 (80371045)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西岡 将輝 独立行政法人産業技術総合研究所, コンパクト化学システム研究センター, 研究員 (00282575)
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| Keywords | 触媒反応 / マイクロ波 / 膜触媒 / 膜分離 / メンブレン / センシング |
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| Research Abstract |
本研究は、ガス流通式の固体触媒反応をより効率よく進行させるため、膜型反応器とマイクロ波照射技術を組み合わせた新規な反応手法を提案し、その実現に向けた基盤研究を行うものである。本年度は、前年度までの成果をベースとしてマイクロ波照射を膜型反応器に適用するにあたっての制御技術の改善、マイクロ波照射による膜型反応効率化の実証について研究を実施した。
前年度までに膜表面を均一に加熱することが可能な装置を作成しているが、膜触媒反応への最適化を考慮して温度制御等を改善した。すなわちマイクロ波利用反応においては、照射空間内に熱電対等の導体を設置することが不可能なため、温度測定は放射温度計などを用いた非接触測定が主となる。ここで放射温度計、サーモグラフィなどを併用し、温度制御、測定の信頼性を向上した。特に照射したマイクロ波の反射波を解析することで触媒の温度を非接触で測定する手法を見出した。併せてマイクロ波照射下における触媒表面吸着種の挙動を観察するため、分光セルを設計、製作し、触媒表面の吸着水の挙動確認などに利用することを可能にした。
さらに前年度までの成果を踏まえて、流通式固体触媒反応、流通式膜型触媒反応のマイクロ波による効率化を図った。その結果、いくつかの反応系(水素化、酸化等)と触媒に組み合わせによっては、マイクロ波の照射効果が顕著に現れる系があることが分かった。特に気相流通反応では触媒吸着水の影響が著しいことなどを明らかにした。前述の温度測定の精密化を利用し触媒層温度を測定したところ、ガス流通の影響で温度分布が生じることなどが分かった。これらの影響を低減するために適切な温度制御、もしくは温度勾配を利用した反応場の構築を行い、流通触媒反応の新しい制御方法となること等を明らかにした。
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