| 研究課題/領域番号 |
21H01697
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
高橋 厚 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60357366)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
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| キーワード | 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 / 選択酸化 / 速度論モデル / 触媒フリー / フローリアクターシステム / 貴金属触媒 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
空気中の酸素のみを使って有機化合物を選択的に酸化することは、経済性、環境性、持続性から理想的な反応である。これまで不均一系触媒の使用が検討されてきたが、経済性や有限資源利用による持続性を考慮すると、触媒なしでの選択酸化技術の確立も今後重要となる。本研究では、水溶液への低温大気圧プラズマ照射により生成する活性酸素種を活用し、速度論解析による活性種の寿命予測と反応器のフローシステム化を組み合わせた活性種空間再配置型フローリアクターシステムを新たに構築し、触媒フリーで所望の選択酸化反応のみを進行させる手法を確立する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、触媒を使用せずに選択酸化反応を行う手法の確立を目指した。低温大気圧プラズマを用い、温和な条件下でのグリセリンの選択酸化に成功した。速度論モデル解析の結果、選択酸化反応に有効な活性酸素種が水へのプラズマ照射により生成していることが示された。また、プラズマ照射下では水溶液中のpH条件によって酸化メカニズムが切り替わり、金触媒や白金触媒で得られる選択酸化生成物を生成することができることを明らかにした。さらに、モデルシミュレーションにより操作工程の工夫によって選択酸化を促進可能であることを見出した。フローリアクターを設計・試作し、連続的なグリセリン酸生成が可能であることを示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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