マイクロリアクターのための新しい触媒調製法の開発

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360428
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 田川 智彦 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10171571)
• 研究分担者: 山田 博史 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (70293644)
• キーワード: マイクロリアクター / シリコン基板 / 脱水素反応 / 触媒調製 / 担体効果 / 白金触媒 / ミスト熱分解法 / 含浸担持

研究概要

触媒反応器としてのマイクロリアクター設計に当たっては、マイクロチャンネル内に精密な触媒反応場をいかに構築するかが大きな課題である。本研究では、シリコン基板上に作製したマイクロチャンネルの内部に直接触媒活性点を構築する手法を開発することを目的とした。
触媒はフォトリソグラフィーの手法で作成したシリコンマイクロチャンネル内に前年度開発したミスト熱分解法で調製した。チャンネル深さを確保するため、表面酸化物層をマスクとし、アミンをもちいたエッチング法を採用した。陽極接合法でパイレックスガラス製の覆いを接合し、ガスの出入り口を作成してマイクロリアクターとした。シクロヘキサンの脱水素反応をモデルとしておこなった。
シリコン基板を1000℃で空気中にて加熱し、表面にSiO薄膜を形成させてから、塩化白金酸水溶液を担持した。6時間処理が、最も高い活性を与えた。この結果は初年度のプロパン脱水素反応の結果と一致した。処理時間はSiO2層の厚みに影響を与えることから、活性の促進にはSiO2層の厚みに最適値があるものと推定された。XPSによる表面分析の結果、酸化物(SiO2)層が薄い場合、下地のシリコン基盤からの電子流入が酸化物層に影響を与えている可能性を見出した。
マイクロリアクターの液相反応系への応用の一環として、ガイドライン付2相系マイクロリアクターを用いて、有機-水系二相層流の形成条件を検討した上で、塩化ベンゾイルの加水分解反応について、通常の回分反応器との比較を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of silica layer on the catalytic activity of platinum on the silicon chip for the microchannel reactor (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Tagawa, H.Shimizu, H.Yamada
  • 雑誌名: Materials Forum 29 ページ: 205-209
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Reaction of benzoyl chloride in organic-aqueous binary system with micro channel reactor (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Tagawa, A.Hirano, H.Yamada, S.Goto
  • 雑誌名: Abst.5^<th> Intern.Symp.on Catalysis in Multiphase Reactors and 4^<th> Intern.Symp.on Multifunctional Reactors ページ: 215-216
• [雑誌論文] Effect of supports on micro catalytic reactor (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Yamada, H.Shimizu, A.Kanemoto, T.Tagawa Y.Miyata
  • 雑誌名: Abst.Intern.Symp.on EcoTopia Science 2005 OS9 ページ: 765-768
• [雑誌論文] Effect of surface treatment on the catalytic activity of platinum on the silicon chip for the microchannel reactor (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Tagawa, K.Kanemoto, H.Watanabe, H.Yamada
  • 雑誌名: Abst.Intern.Chem.Congress of pacific Basin Soc. 195 ページ: 1470
• [雑誌論文] 微細構造を持つ反応器の作成 (2005)
  • 著者名/発表者名: 山田博史, 田川智彦, 呉雲影, 宮田康史
  • 雑誌名: 21COEシンポジウム「自然の叡智に学ぶものづくり」予稿 ページ: 53