サブミクロン細孔を有する非対称多孔質膜基材によるポアスルー触媒膜反応

• 研究課題/領域番号: 25289278
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 反応工学・プロセスシステム
• 研究機関: 宇都宮大学
• 研究代表者: 伊藤 直次 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90356478)
• 研究分担者: 佐藤 剛史 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60375524)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2015年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2013年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
• キーワード: ポアスルー触媒 / 選択反応 / 接触時間 / 逐次反応 / 脱水素反応 / マイククロポア / ポアスルー / 触媒膜 / シクロヘキセン / 構造触媒 / 選択合成 / 酸化

研究成果の概要

膜状触媒の細孔を通過する過程で反応させるポアスルー型触媒膜の開発と反応制御に取り組んだ。まず触媒膜調製法では、触媒担持が膜外表面や内表面に行われると、反応原料が膜内部に侵入する前に反応が始まり選択性を制御できなくなることから、膜内部層のみに触媒担持する方法として対向拡散法を開発した。
多孔質支持体の内部に白金系触媒層を形成し、モデル反応としてシクロヘキサンのベンゼンへの脱水素反応において、中間生成物であるシクロヘキセンの選択率向上を目指した。膜前後に差圧をつけて一方方向流れになるようにして反応試験を行った結果、反応率の上昇に伴う選択性の低下を抑えて、収率向上が可能なことを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Improvement in Hydrogen Permeability of Palladium Membrane by Alloying with Transition Metals (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Shirasaki, Tatsuya Tsuneki, Tsutomu Seki, Isamu Yasuda, Takafumi Sato, Naotsugu Itoh
  • 雑誌名: JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN 巻: 51 号: 1 ページ: 123-125
  • DOI: 10.1252/jcej.17we128
  • NAID: 130006316045
  • ISSN: 0021-9592, 1881-1299
  • 査読あり
• [雑誌論文] 水選択透過性CHA型ゼオライト膜を用いたイソプロピルアルコール／水混合蒸気の循環式連続脱水における二段促進濃縮法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤直次、徳永瑞美、佐藤剛史、長谷川泰久、清住嘉道
  • 雑誌名: 化学工学論文集 巻: 42 ページ: 8-14
  • NAID: 130005120562
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vapor phase esterification using a CHA type of zeolite membrane (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Itoh, J, Ishida, T. Sato, Y. Hasegawa
  • 雑誌名: Catal. Today 巻: 268 ページ: 79-84
  • 査読あり
• [学会発表] Low-temperature decomposition of ammonia as a hydrogen carrier using a composite palladium membrane reactor (2017)
  • 著者名/発表者名: Ｎ. Itoh, T. Ｎａｋａｙａｍａ， Ａ． Ｏｓｈｉｍａ， Ｔ． Ｆｕｒｕｓａｗａ， Ｔ． Ｓａｔｏ
  • 学会等名: 17th the Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering, Hong Kong
  • 国際学会
• [学会発表] Dehydration reactions using zeolite membrane permselective to water vapor (2017)
  • 著者名/発表者名: Naotsugu Itoh, Shuhei Kikuchi, Takafumi Sato
  • 学会等名: International Congress on Membranes andMembrane Processes 2017, San Francisco
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of zeolite membranes and its dehydration separation performance for various alcohol solutions (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuya Hirose, Yuhei Kikuchi, Takafumi Sato, Naotsugu Itoh
  • 学会等名: International Congress on Membranes andMembrane Processes 2017, San Francisco
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of Silicalite-1 tubular membrane for separation of xylene isomers (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Fujii, Naoki Takagiwa, Tkafumi Sato, Naotsugu Itoh
  • 学会等名: International Congress on Membranes andMembrane Processes 2017, San Francisco
  • 国際学会
• [学会発表] Zeolite membrane permselective to water vapr and its application to dehydration reactions (2016)
  • 著者名/発表者名: 2016 AIChE annual meeting
  • 学会等名: American Institute for Chemical Engineers
  • 発表場所: サンフランシスコ
  • 年月日: 2016-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement of cyclohexene yield in cyclohexane dehydrogenation or benzene hydrogenation by a pore-through catalytic reactor (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hasegawa, T. Sato, N. Itoh
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Honolulu, Hawai, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] シクロヘキサン選択脱水素のためのポアスルー型反応器 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長谷川 碧、佐藤 剛史、伊藤 直次
  • 学会等名: 第１６回化学工学会学生発表会
  • 発表場所: 東京工業大学
• [図書] 機能性無機分離膜材料と各種反応プロセスへの応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 直次
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 触媒学会
• [図書] Membrane Reactors for Energy Applications and Basic Chemical Production (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Itoh (Editor; A. Basile & D. Paola)
  • 総ページ数: 673
  • 出版者: Woodhead Publishing
• [図書] ガス分離膜プロセスの基本と応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 原谷賢治、伊藤 直次
  • 総ページ数: 177
  • 出版者: 分離技術会
• [図書] Membrane Reactors for Energy Applications and Basic Chemical Production (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Itoh et al.(共著）
  • 総ページ数: 673
  • 出版者: WOODHEAD PUBLISHING
• [図書] ここまできた膜分離プロセス (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 直次(共著）
  • 総ページ数: 212
  • 出版者: 三恵社
• [備考] 膜反応工学研究室
  • URL: http://www.chem.utsunomiya-u.ac.jp/lab/makuitoh/home.htm
• [備考] 宇都宮大学 膜反応工学研究室
  • URL: http://www.chem.utsunomiya-u.ac.jp/lab/makuitoh/home.htm
• [備考] 膜反応工学研究室
• [学会・シンポジウム開催] AIChE annual meeting (2016)
  • 発表場所: 米国サンフランシスコ
  • 年月日: 2016-11-11