Development of catalyst-free selective oxidation method using flow reactors that selectively arrange the desired active species

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01697
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Takahashi Atsushi 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60357366)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 選択酸化反応 / 低温大気圧プラズマ / 活性酸素種 / 速度論解析

Outline of Final Research Achievements

This research aimed to establish a method for conducting selective oxidation reactions using activated oxygen without catalysts. Utilizing low-temperature atmospheric pressure plasma under mild conditions, successful selective oxidation of glycerin was achieved. Kinetic model analysis confirmed that reactive oxygen species generated by plasma irradiation are effective for selective oxidation reactions. Notably, the study found that the oxidation mechanism switches with pH conditions, allowing the generation of selective oxidation products typically obtained using gold and platinum catalysts. Additionally, a flow reactor was designed and prototyped, demonstrating the capability for continuous production of glyceric acid. This study represents a significant step towards realizing sustainable oxidation processes without the need for catalysts.

Free Research Field

反応工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的意義としては、触媒を使用しない選択酸化反応の新たなアプローチを示した点にある。低温大気圧プラズマを利用することで、従来の貴金属触媒に依存しない新たな反応システムの可能性が開かれた。特に、水へのプラズマ照射で生成する活性酸素種に選択酸化が可能な種が存在することを明示したことは意義深い。社会的意義としては、希少かつ有限資源である貴金属を使用せず、かつ温和な条件での選択酸化プロセスの確立により、資源の節約に加え、環境負荷の低減ならびに省エネルギーも期待される。また、再生可能資源であるバイオマスの有効利用法としても本選択酸化システムの活用によって持続可能な社会の実現に貢献することが期待される。