多孔質基盤を用いたマイクロリアクタの開発

• 研究課題/領域番号: 15710103
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 櫻井 誠 (桜井 誠) 国立大学法人東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究部, 講師 (60262052)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円); 2004年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2003年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
• キーワード: マイクロリアクター / 陽極酸化 / 多孔質基盤 / 管壁型反応器 / メタノール改質 / 触媒反応

研究概要

金属アルミニウム基板を陽極酸化し、多孔質化した基板を用いてのマイクロリアクター開発の研究を行った。厚さ数ミリ程度の基板上に機械加工により幅および深さ数百ミクロン、長さ50mmの微小流路を作製し、流路壁面を陽極酸化し、厚さ100ミクロン程度の多孔質酸化被膜を形成させ、その被膜上に触媒を担持し管壁型のマイクロリアクターを作製した。流路の形状と触媒担持状態との関連を検討し、流路の幅や深さが異なっても同じ条件で触媒担持を行えば、流路壁面への担持状態に大きな差異が生じないことを明らかにした。また、担持時に触媒金属を超音波により水溶液中で分散させると担持量を増やすことができることも明らかにした。さらに、触媒層厚さと活性の関係を検討するために、陽極酸化被膜内に均一に触媒金属を担持する方法をプレート状の基板を用いて検討した。そして、やはりプレート状の基板を用い、触媒を再現性良く担持できる条件の絞り込みを行った。その条件を用いて担持を行った、流路の深さの異なるマイクロリアクターを作製し、流路の深さ方向のサイズの違いが反応性に及ぼす影響を検討した。反応にはメタノールの水蒸気改質反応を用い、活性試験装置でその反応性を調べたところ、流路深さを小さくする方が、メタノール分解率から見ると高い反応性が得られることが明らかになった。しかし、反応生成物のガスクロマトグラフによる分析結果から、流路形状の違いにより反応生成物の分布に違いが生じ、流路深さが小さい場合には、水蒸気改質反応よりメタノール脱水反応の方が進行しやすいことがわかった。対象にする反応により最適な流路形状があることが示唆された。