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2014 Fiscal Year Annual Research Report

ナフサクラッカーを用いない新しいプロピレン接触合成法の開発

Research Project

Project/Area Number 25249114
Research InstitutionChuo University

Principal Investigator

岩本 正和  中央大学, 公私立大学の部局等, 教授 (10108342)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田中 大士  中央大学, 公私立大学の部局等, 助教 (00528002)
本田 正義  国立研究開発法人理化学研究所, その他部局等, 研究員 (70734078) [Withdrawn]
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2017-03-31
Keywordsプロピレン / エタノール / エチレン / 過酸化水素 / ブタジエン / アンモニア
Outline of Annual Research Achievements

本年度は以下の三点について検討し、有用な成果を得ることができた。
(1)エチレンからプロピレンを合成する接触反応系の構築: 前年度までNiイオン担持シリカメゾ多孔体の触媒活性、発現機構、Niイオン状態について検討してきたが、今年度は金属酸化物が本反応に触媒作用を示すかどうかを検討した。第一遷移系列の金属を中心に触媒活性試験を行ったが、ピロピレン収率はいずれの場合も5%以下であった。SiO2-Al2O3等では比較的高い活性を与えたが、活性劣化が激しかった。
(2)バイオエタノールをプロピレンへ転換する触媒の開発: 我々は、バイオエタノールをプロピレンへ転換するETP反応について検討を進め、Sc/In2O3が最も高活性でプロピレン収率は60%超に達することを見出している。反応機構を詳細に検討し、まずエタノールのアセトアルデヒドへの脱水素がおこり、アセトアルデヒドが水(あるいは表面水酸基)で酸化され酢酸を生成、酢酸がケトニゼーション反応を起こし二酸化炭素を放出しながらアセトンを生成、アセトンは共存水素あるいは反応系に添加した水素によってイソプロパノールへ水素化され、さらにプロピレンへ脱水することを明らかにした。
(3)過酸化水素合成等を効率的にすすめる触媒系の開拓: 今年度はPd触媒へのPtの添加効果を検討した。PdにPtを極少量(Pt/Pd < 0.01)添加すると、水素の活性化能が10倍ほど向上し、全体の反応速度が顕著に向上すること、一方、過酸化水素の生成量はPd単独の約半分程度に減少することを明らかにした。水素と酸素の吸着ポテンシャル等をガウシャン法で計算し、Pt上での容易な水素活性化のため、全体の反応速度向上と生成H2O2の水素化分解が引き起こされることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

バイオエタノールのプロピレン化反応の機構を明らかにできた。反応経路は前ページに記したように非常に複雑であったが、Sc/In2O3触媒では各ステップを高選択的に通過し、最終収率60%を達成できている。予想以上に良い触媒ができていることが明らかである。一方、エチレン→プロピレン反応の収率はNi-M41でも20%程度、他の金属酸化物系ではわずか数%にとどまっている。過酸化水素合成ではPd単独系の良さを再認識した。これらの諸点を勘案し、おおむね良好の判断とした。

Strategy for Future Research Activity

エチレン反応は、今後の検討を中止し、他の反応に注力する。エタノールの反応では、酸化インジウム触媒の高活性化(焼成温度やSc担持量の影響を調べる。また、触媒寿命の検討も追加する)、エタノール→イソブテン反応の触媒開発を試みる。過酸化水素合成では、Pt系を添加してもH2O2生成活性が向上しなかったので、類似の水素活性化反応としてアンモニア合成の検討に転換する。

  • Research Products

    (28 results)

All 2015 2014

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 9 results,  Acknowledgement Compliant: 10 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Book (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Selective catalytic conversion of bio-ethanol to propene: a review of catalysts and reaction pathways2015

    • Author(s)
      Masakazu Iwamoto
    • Journal Title

      Catal. Today

      Volume: 242 Pages: 243-248

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.cattod.2014.06.031

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Preparation of porous MTiOx (M=Cr, Mo, or W) composite oxides from a mesostructured material of titanium oxysulfate and surfactant micelles based on a wall ion exchange-calcination method2015

    • Author(s)
      Masashi Tanaka, Insuhk Suh, Hitoshi Takada, Masakazu Iwamoto
    • Journal Title

      Microporous Mesoporous Mater.

      Volume: 203 Pages: 274-281

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.micromeso.2014.10.044

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Kinetic and mechanistic studies on direct H2O2 synthesis from H2 and O2 catalyzed by Pd in the presence of H+ and Br- in water: A comprehensive paper2015

    • Author(s)
      Takashi Deguchi, Hitoshi Yamano, Masakazu Iwamoto
    • Journal Title

      Catal. Today

      Volume: 248 Pages: 80-90

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.cattod.2014.04.008

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] バイオエタノールからのプロピレン生産2015

    • Author(s)
      岩本正和
    • Journal Title

      化学工学

      Volume: 79 Pages: 304-306

    • Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Surface structure of yttrium-modified ceria catalysts and reaction pathways from ethanol to propene2014

    • Author(s)
      Fumitaka Hayashi, Masashi Tanaka, Dongmei Lin, Masakazu Iwamoto
    • Journal Title

      J. Catal.

      Volume: 316 Pages: 112-120

    • DOI

      10.1016/j.jcat.2014.04.017

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Pulse and IR study on the reaction pathways for the conversion of ethanol to propene over scandium-loaded indium oxide catalysts2014

    • Author(s)
      Masakazu Iwamoto, Masashi Tanaka, Shota Hirakawa, Shota Mizuno, Mika Kurosawa
    • Journal Title

      ACS Catal

      Volume: 4 Pages: 3463-3469

    • DOI

      doi.org/10.1021/cs500301d

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Direct conversion of CO2 with diols, aminoalcohols and diamines to cyclic carbonates, cyclic carbamates and cyclic ureas using heterogeneous catalysts2014

    • Author(s)
      Masazumi Tamura, Masayoshi Honda, Yoshinao Nakagawa, Keiichi Tomishige
    • Journal Title

      J. Chem. Technol. Biotechnol

      Volume: 89 Pages: 19-33

    • DOI

      doi.org/10.1002/jctb.4209

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Direct cyclic carbonate synthesis from CO2 and diol over carboxylation/hydration cascade catalyst of CeO2 with 2-cyanopyridine2014

    • Author(s)
      Masayoshi Honda, Masazumi Tamura, Kenji Nakao, Kimihito Suzuki, Yoshinao Nakagawa, Keiichi Tomishige
    • Journal Title

      ACS Catal

      Volume: 4 Pages: 1893-1896

    • DOI

      doi.org/10.1021/cs500301d

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Catalytic CO2 conversion to organic carbonates with alcohols in combination with dehydration system2014

    • Author(s)
      Masayoshi Honda, Masazumi Tamura, Yoshinao Nakagawa, Keiichi Tomishige
    • Journal Title

      Catal. Sci. Technol

      Volume: 4 Pages: 2830-2845

    • DOI

      doi.org/10.1039/C4CY00557K

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Organic carbonate synthesis from CO2 and alcohol over CeO2 with 2-cyanopyridine: Scope and mechanistic studies2014

    • Author(s)
      Masayoshi Honda, Masazumi Tamura, Yoshinao Nakagawa, Kenji Nakao, Kimihito Suzuki, Keiichi Tomishige
    • Journal Title

      J. Catal

      Volume: 318 Pages: 95-107

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.jcat.2014.07.02

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 超原子価ヨウ素化合物を利用する銅担持MCM-41上でのカルボラクトン化反応2015

    • Author(s)
      海沼遼平、石谷暖郎、岩本正和
    • Organizer
      日本化学会第95春季年会
    • Place of Presentation
      船橋市
    • Year and Date
      2015-03-27 – 2015-03-27
  • [Presentation] 銅担持MCM-41を触媒とするベンジルアミン誘導体の酸化的マンニッヒ型反応-表面処理による活性種溶出抑制効果2015

    • Author(s)
      太田直人、石谷暖郎、岩本正和
    • Organizer
      日本化学会第95春季年会
    • Place of Presentation
      船橋市
    • Year and Date
      2015-03-27 – 2015-03-27
  • [Presentation] Ni-M41, Y/CeO2, Sc/In2O3上でエタノールからプロピレンを生成する経路2014

    • Author(s)
      田中大士、林文隆、平川翔太、水野翔太、黒澤美佳、岩本正和
    • Organizer
      第44回石油・石油化学討論会
    • Place of Presentation
      旭川市
    • Year and Date
      2014-10-16 – 2014-10-16
  • [Presentation] セルロースからの選択的レボグルコサン合成における過熱水蒸気の効果2014

    • Author(s)
      本田正義、島袋亜沙美、玉城志博、岩本正和
    • Organizer
      第44回石油・石油化学討論会
    • Place of Presentation
      旭川市
    • Year and Date
      2014-10-16 – 2014-10-16
  • [Presentation] 銅担持MCM-41を触媒とするジメチルアミン誘導体と末端アルキン、ヘテロ芳香族との酸化的カップリング反応2014

    • Author(s)
      太田直人、石谷暖郎、岩本正和
    • Organizer
      第114回触媒討論会
    • Place of Presentation
      東広島市
    • Year and Date
      2014-09-26 – 2014-09-26
  • [Presentation] 銅担持MCM-41を触媒とする芳香族化合物の親電子的アリール、アルキニル化反応2014

    • Author(s)
      石谷暖郎、臼井隆、岩本正和
    • Organizer
      第114回触媒討論会
    • Place of Presentation
      東広島市
    • Year and Date
      2014-09-26 – 2014-09-26
  • [Presentation] 過熱水蒸気を用いたセルロースからの選択的レボグルコサン生成におけるナトリウムの負触媒効果2014

    • Author(s)
      本田正義、島袋亜沙美、玉城志博、岩本正和
    • Organizer
      第114回触媒討論会
    • Place of Presentation
      東広島市
    • Year and Date
      2014-09-25 – 2014-09-25
  • [Presentation] エタノールをプロピレンへ転換する反応に高い活性を示す酸化インジウム触媒の調製2014

    • Author(s)
      田中大士、村上麻希、岩本正和
    • Organizer
      第114回触媒討論会
    • Place of Presentation
      東広島市
    • Year and Date
      2014-09-25 – 2014-09-25
  • [Presentation] Selective catalytic reduction with NH3 at 373 K and oxidation of NH3 at 523 K in H2-SCR of NO in excess O2 on Pt/Nb-MCM-412014

    • Author(s)
      Masashi Tanaka, Masaru Komatsubara, Akiko Koga, Rina Hagiwara, Masakazu Iwamoto
    • Organizer
      6th Federation of European Zeolite Associations (FEZA) Conference
    • Place of Presentation
      Leipzig, Germany
    • Year and Date
      2014-09-10 – 2014-09-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reaction pathways of ethanol to propene on Sc-loaded In2O3 catalyst2014

    • Author(s)
      Masashi Tanaka, Shota Hirakawa, Shota Mizuno, Masakazu Iwamoto
    • Organizer
      Seventh Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT7)
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2014-06-03 – 2014-06-03
  • [Presentation] Sodium as a negative catalyst for selective conversion of cellulose to levoglucosan with superheated steam treatment2014

    • Author(s)
      Masayoshi Honda, Asami Shimatai, Yukihiro Tamaki, Masakazu Iwamoto
    • Organizer
      Seventh Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT7)
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2014-06-03 – 2014-06-03
  • [Presentation] エチレンあるいはエタノールをプロピレンに転換する2014

    • Author(s)
      岩本正和
    • Organizer
      触媒学会工業触媒研究会
    • Place of Presentation
      熱海市
    • Year and Date
      2014-05-30 – 2014-05-30
    • Invited
  • [Presentation] 植物油脂由来2-オクタノールの芳香族炭化水素への接触転換2014

    • Author(s)
      竹澤良太、森本正雄、岩本正和
    • Organizer
      石油学会第57回年会・第63回研究発表会
    • Place of Presentation
      江戸川区
    • Year and Date
      2014-05-27 – 2014-05-27
  • [Presentation] ディーゼル燃料を活用した窒素酸化物・粒子状物質の同時除去触媒システムの開発2014

    • Author(s)
      佐藤信也、船山悦弘、古川卓俊、石井森、岩本正和
    • Organizer
      石油学会第57回年会・第63回研究発表会
    • Place of Presentation
      江戸川区
    • Year and Date
      2014-05-27 – 2014-05-27
    • Invited
  • [Book] Comprehensive Guide for Mesoporous Materials2015

    • Author(s)
      Masakazu Iwamoto, Masashi Tanaka
    • Total Pages
      in press
    • Publisher
      Nova Sci. Publ. Inc
  • [Book] 素人からの質問を尊び、喜び、学ぶ2014

    • Author(s)
      岩本正和
    • Total Pages
      6
    • Publisher
      資源研
  • [Patent(Industrial Property Rights)] アルコールからオレフィンを製造するための触媒及びオレフィンの製造方法、並びに、ポリオレフィン及びオレフィン及びオレフィンオキサイド2015

    • Inventor(s)
      岩本正和・鈴木哲生
    • Industrial Property Rights Holder
      岩本正和・鈴木哲生
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2011/078341
    • Filing Date
      2015-02-05
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] オレフィン製造用触媒の調整方法及びオレフィンの製造用触媒、並びにオレフィンの製造方法2014

    • Inventor(s)
      岩本正和、村上麻希
    • Industrial Property Rights Holder
      岩本正和、村上麻希
    • Industrial Property Rights Type
      特許特開2014-233670
    • Patent Publication Number
      特開2014-233670
    • Filing Date
      2014-12-15

URL: 

Published: 2017-01-06  

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