| 研究領域 | 低エントロピー反応空間が実現する高秩序触媒反応化学 |
|---|
| 研究課題/領域番号 |
21H05083
|
|---|
| 研究種目 |
学術変革領域研究(B)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
|
|---|
| 研究機関 | 九州大学 |
|---|
研究代表者 |
浅野 周作 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (30827522)
|
|---|
| 研究分担者 |
工藤 真二 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (70588889)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-08-23 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
32,760千円 (直接経費: 25,200千円、間接経費: 7,560千円)
2023年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
2022年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
2021年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
|
|---|
| キーワード | 数値流体力学計算 / フローリアクター / 活性化パラメーター / 反応装置設計 / 速度解析 / 不均一触媒 / 反応速度解析 / 水素化反応 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
フラスコや反応窯で行うバッチ式の化学反応に比べ、反応管や触媒充填カラムに原料溶液を送液して行うフロー式の反応では、優れた反応選択性や反応速度が得られることが多い。本研究では、フロー式の反応に関し、反応の活性化エントロピーに着目して、定量的・統一的な理論の構築を試みる。数値流体力学計算で流動と反応の関係を整理し、活性化エントロピー・反応速度・流動状態を関連づけ、フロー式装置の設計論へ展開する。
|
| 研究実績の概要 |
2022年度においては、混合と反応を対象とした数値流体力学（CFD）計算、反応速度論モデルに基づいた複合型反応・分離装置の最適化計算、気液固３相存在下での触媒吸着モデル構築などに取り組んだ。
まず、混合・反応について、既往の研究の大前提には、線形的な「混合が速いほど、反応成績が向上する」という考え方があった。本研究ではこのことを疑い、新たに併合型混合モデルを構築し、CFD計算にて検証した。その結果、混合時間が同一であっても、併合型混合によって、反応選択性が大きく変化することが明確に示された。CFD計算結果の一例として、T字マイクロリアクターで混合を行った場合、横からの流体が上からの流体に取り込まれることが確認できている。さらに、原料Aの消費をB1とB2が競合する反応を対象に計算した。この際、Aを含む流体をBに取り込ませた際に、良好な反応成績が得られるが、逆の場合は併合された箇所で副反応が進行してしまうため、2流体の供給口を入れ替えると、内部の流動状態は一切変化しないにも拘らず、反応選択性が劇的に変化した。併合型混合の考え方は、混合に関する長年の研究でも全く類似報告例がなく、非常に独創的であるといえる。
複合型反応・分離装置について、フロー式の利点が顕著に表れると考えられる膜型反応器と高分子の選択的解重合反応を対象に、モデル化と実験検証を行った。膜のサイズ（MWCO）と透過率の関係を、反応速度式と組み合わせ、MWCO値と反応器の操作条件から、遷移状態・定常状態それぞれでの反応成績を予測することに成功した。
気液固３相存在下での触媒反応論について、滞留時間分布測定や吸着測定の結果を、反応速度解析結果と結び付けながら、古典的なLangmuir-Hinshelwood式が成立しなくなる条件およびその理由について、現在解明を進めている。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
国際学術誌に論文を３本発表し、１本投稿中、１本準備中である。
|
| 今後の研究の推進方策 |
最終年度での締めくくりに向け、各種の実験・CFD計算・モデル化を統合していく。
人件費の配分を増やし、マンパワーを確保して研究を行う。
|
