| 研究課題/領域番号 |
13126201
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| 研究種目 |
特定領域研究(B)
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
増田 隆夫 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20165715)
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| 研究分担者 |
辻 俊郎 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30163794)
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| キーワード | MFI型ゼオライト膜 / 触媒膜 / 構造触媒 / 酸点分布制御 / 反応・分離 / MTO反応 / メタノール / オレフィン |
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| 研究概要 |
MFI型ゼオライトはナノ〜数μmの大きさのアルミノケイ酸塩の結晶であり、その結晶内にはベンゼンの最小分子径とほぼ同じ径の細孔を持つため、低級炭化水素やベンゼン等が関与する反応には分子節を示す触媒である。そのため、膜状のMFI型ゼオライト膜は分子篩能を有する触媒膜の特性を示す。この膜を用いて逐次反応を実施すると、膜の長さ方向が反応進行度に影響し、厚さ方向で選択率を制御できる構造触媒として用いることができる。そこで、本研究では、MFI型ゼオライト膜を膜型反応器に適用して逐次反応の中間体選択生成を行い、その結果を基に触媒膜型反応器の反応工学を構築することを目的として実施し、平成13年度は次の成果を得た。
(1)ゼオライト触媒の酸点分布と有効径の制御:ゼオライト触媒膜を逐次反応の中間体選択生成を実現するには、膜内に反応を限定する必要がある。しかし、反応物質供給側に面した酸点上でも反応が進行し、透過側の中間体の選択率が低下する。そのため、供給側の酸点を選択的に不活性化する必要がある。そこで、シラン化合物を酸点上に化学吸着して分解後、空気焼成して酸点上にSiO_2ユニットを形成することで酸点を不活性化するシラン接触分解法を開発した。本法に、最小分子径の異なるジエトキシメチルシラン(DES)、フェニルシラン(MPS)、ジフェニルシラン(DPS)、トリフェニルシラン(TPS)を適用した。ゼオライト細孔径とほぼ同じ分子径のDESとMPSは結晶外表面と細孔内の酸点を不活性化するが、DPSとTPSは細孔外表面の酸点を選択的に不活性化することを見いだした。
(2)逐次反応の中間体選択的生成反応:メタノールの反応はメタノール→エーテル→オレフィン→芳香族+パラフィンの逐次反応である。そこで、ゼオライト膜を用いてメタノールからのオレフィン生成反応を実施した。その結果、50〜98%の反応率でオレフィンを80%以上の選択率で得ることに成功した。さらに、DPSで処理すると膜の供給側と透過側の間に差圧をつけなくても選択率の向上が可能であることを実証した。
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