| 研究課題/領域番号 |
21H01974
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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34030:グリーンサステイナブルケミストリーおよび環境化学関連
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
間瀬 暢之 静岡大学, グリーン科学技術研究所, 教授 (40313936)
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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 |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
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| キーワード | グリーンものづくり / ファインバブル / ウルトラファインバブル / 新奇特殊反応場 / FB手法の集積化 / グリーンケミストリー / マイクロバブル / 多相系反応 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
気体が関与する反応効率向上が１世紀以上続けられ、その多くは耐圧反応容器による高圧方式である。この常識を打破するために、通常の気泡とは異なる新奇な性質をもつファインバブル（FB）に着目し、安全かつ革新的な次世代型気液合成プロセスを追究してきた。しかし、原理の異なる手法で発生したFBと化学反応性や溶存気体過飽和過程の関係など、FB化学の原理原則となる未解明課題が山積する。本研究では、これらの課題解明とともに、消えてなくなる新奇特殊反応場を活用した反応開発、ならびにFBものづくりプロセスの確立を図る。これにより日本発の新技術を学術的かつ産業的に深化し、持続可能製造化学プロセスのグリーン化に貢献する。
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| 研究実績の概要 |
ファインバブル（FB）発生法はトップダウン法とボトムアップ法の２種類に大別される。気泡の剪断により分割、そして収縮により生成したナノサイズのウルトラファインバブル（UFB）と、加圧溶解した気体を減圧することにより生成したUFBは同一だろうか？さらに、マイクロサイズのマイクロバブル（MB）やUFB存在下での過飽和過程は同一だろうか？というFB化学を理解して使いこなすための原理原則を解明する必要がある。また、消えてなくなるFB界面を新奇特殊反応場として活用できるか？さらに、導入・除去が容易な気体の関与する反応を次世代ものづくりに活用できるか？の問いに対して、界面化学とプロセス化学を深化させる必要がある。本研究課題では、代表的な発生法により生じたFBの物性と反応性を系統的に評価するとともに、消えてなくなる新奇特殊反応場を活用した反応開発、ならびにFBものづくりプロセスの確立を目的とした。
２０２１年度に、「１．FB化学を理解して使いこなすための原理原則」として、「１－１．各FB発生法におけるFBの物性評価」と「１－２．各FB発生法における反応性評価」に取り組んだ。その結果、定常状態における個数濃度とサイズ分布についてMBとUFBを定量化し、均一系光励起酸化反応と不均一系水素添加反応において、FB効果が異なることを明らかにした。
また、「２．界面での有機合成：消えてなくなる新奇な特殊反応場」として、「２－１．FB界面で発生する短寿命活性種」と「２－２．FB界面選択的マイクロ波活性化反応の開発」に取り組み、プロトタイプの反応装置を組み上げた。短寿命活性種の発生を確認、ならびに装置の連続稼働について達成した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
「１．FB化学を理解して使いこなすための原理原則」として、「１－１．各FB発生法におけるFBの物性評価」と「１－２．各FB発生法における反応性評価」を予定通りに２０２１年度におおむね終了した。また、２０２２年度に終了予定だった「２．界面での有機合成：消えてなくなる新奇な特殊反応場」における「２－１．FB界面で発生する短寿命活性種」と「２－２．FB界面選択的マイクロ波活性化反応の開発」について、装置の組み上げをほぼ終了した。
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| 今後の研究の推進方策 |
２０２１～２０２２年度に実施予定である「１．FB化学を理解して使いこなすための原理原則」として、「１－１．各FB発生法におけるFBの物性評価」と「１－２．各FB発生法における反応性評価」に関して、FB発生法の追加と反応性評価を実施する。
また、「２．界面での有機合成：消えてなくなる新奇な特殊反応場」における「２－１．FB界面で発生する短寿命活性種」と「２－２．FB界面選択的マイクロ波活性化反応の開発」に関して、短寿命活性種（主にラジカル）による芳香族の水酸基化を実施する。また、マイクロ波の界面選択的加熱特性を利用したFB界面における化学反応促進に挑戦する。
さらに、「３．フィンバブルグリーンものづくりプロセスの開発」に関して、「３－１．FBフロー手法による多相系フロー反応の深化」と「３－２．FBフロー手法の集積化によるグリーンものづくり」に取り組む。
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