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2015 年度 実施状況報告書

マイクロ波により活性化される新規固体酸触媒の開発、およびバイオマス変換への応用

研究課題

研究課題/領域番号 15K18814
研究機関東京工業大学

研究代表者

椿 俊太郎  東京工業大学, 大学院理工学研究科, 助教 (90595878)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワードマイクロ波触媒反応 / 水熱反応 / ポリオキソメタレート錯体 / 固体酸触媒
研究実績の概要

マイクロ波によって選択加熱される固体触媒を用いることにより、固体触媒近傍に局所高温場を形成し、見かけ上温和な反応条件で触媒反応を促進することができる。そのため、マイクロ波照射したでの固体触媒反応は、難分解性バイオマスの加水分解条件の緩和にも有効であると期待される。そこで、マイクロ波によって局所的な高温場を形成する固体酸触媒として、活性炭担持ポリオキソメタレート錯体を作製した。セロビオースをバイオマスのモデル加水分解反応とし、マイクロ波照射下において(周波数:2.45GHz、マルチモード型オーブン)本触媒の活性を評価した。また、通常加熱として誘導加熱炉を用いマイクロ波照射条件と同一の熱履歴下にておいて上記と同様の反応を行い、マイクロ波照射の効果を調べた。マイクロ波加熱を用いた場合、通常加熱と比較して高いセロビオース糖化率が得られることがわかった。さらに、実バイオマスである大型藻類(ヒロハノヒトエグサ)の加水分解に対しても、マイクロ波照射下で還元糖収率が向上することがわかった。そこで、本触媒の活性化機構を解明するために、同軸プローブ法を用いてセロビオース加水分解の際の反応系の複素誘電率を測定した。マイクロ波の吸収を示す複素誘電率の虚部は、セロビオースの糖化率と正の相関を示した。すなわち、マイクロ波の吸収性に優れる固体酸触媒ほど、高い活性が得られることが示唆された。これは、マイクロ波照射下において固体酸触媒が選択的に加熱され、触媒近傍において高温の反応場が形成されたため、触媒活性が向上したものと考えられた。また、複素誘電率の虚部は固体酸触媒の酸点濃度に依存して高くなる傾向にあり、酸点のイオン伝導もマイクロ波吸収に関与している可能性が示唆された。

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

平成27年度はポリオキソメタレート錯体を担持した固体触媒を作製し、触媒の性能評価および誘電特性解析について順調に進展した。

今後の研究の推進方策

触媒浸出をさらに抑えた触媒の作製と糖鎖の加水分解の際の反応条件の緩和を達成するため、ポリオキソメタレート触媒と活性炭担体の組み合わせを探索し触媒性能の向上を図る。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していた国際会議における成果発表のための出張旅費について、他予算を充当したため予定と差額が生じた。

次年度使用額の使用計画

昨年度の差額は、本年度に成果発表のため参加を予定しているThe 37th Progress in Electromagnetics Research Symposium in Shanghai (香港)での出張経費として使用する。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件) 図書 (2件)

  • [国際共同研究] CSIR-Indian Institute of Petroleum(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      CSIR-Indian Institute of Petroleum
  • [雑誌論文] Effects of ionic conduction on hydrothermal hydrolysis of corn starch and crystalline cellulose induced by microwave irradiation2016

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Tsubaki, Kiriyo Oono, Ayumu Onda, Kazumichi Yanagisawa, Tomohiko Mitani, Jun-ichi Azuma
    • 雑誌名

      Carbohydrate Polymers

      巻: 137 ページ: 594-599

    • DOI

      10.1016/j.carbpol.2015.11.022

    • 査読あり
  • [学会発表] ヘテロポリ酸触媒の酸化触媒作用に対するマイクロ波効果2016

    • 著者名/発表者名
      早川 翔悟, 椿 俊太郎, 三谷 友彦, 上田 忠治, 藤井 知, 米谷 真人, 和田 雄二
    • 学会等名
      日本化学会 第96回春季年会
    • 発表場所
      同志社大学
    • 年月日
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [学会発表] マイクロ波により活性化される固体触媒を用いたバイオマスの加水分解2016

    • 著者名/発表者名
      椿俊太郎, 恩田歩武, 上田忠治, 三谷友彦, 米谷真人, 鈴木榮一, 和田雄二
    • 学会等名
      第117回触媒討論会
    • 発表場所
      大阪府立大学
    • 年月日
      2016-03-21 – 2016-03-22
  • [学会発表] マイクロ波励起反応を用いた藻類バイオマス変換2016

    • 著者名/発表者名
      椿俊太郎, 三谷友彦, 恩田歩武, 西村裕志
    • 学会等名
      第307回生存圏シンポジウム 生存圏ミッションシンポジウム
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2016-03-03 – 2016-03-04
  • [学会発表] マイクロ波励起固体触媒反応を用いた、糖質の加水分解の促進2016

    • 著者名/発表者名
      椿俊太郎, 平岡雅規, 恩田歩武, 上田忠治, 三谷友彦, 米谷真人, 鈴木榮一, 和田雄二
    • 学会等名
      日本エネルギー学会第11回バイオマス科学会議
    • 発表場所
      朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-01-20 – 2016-01-21
  • [学会発表] Application of microwave induced reaction on biomass conversion2015

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Tsubaki, Masanori Hiraoka, Ayumu Onda, Tadaharu Ueda
    • 学会等名
      Pacifichem 2015
    • 発表場所
      Hawaii
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • 国際学会
  • [学会発表] Heterogeneous reactions induced by microwave irradiation; Significant MW effects in catalysis on carbon supported polyoxometalate cluster catalysts and core shell zeolite2015

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Tsubaki, Ayumu Onda, Tadaharu Ueda, Eiichi Suzuki, Dai Mochizuki, Masato M. Maitani, Yuji
    • 学会等名
      Pacifichem 2015
    • 発表場所
      Hawaii
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロ波と水熱反応を用いた藻類バイオマスの利用2015

    • 著者名/発表者名
      椿 俊太郎
    • 学会等名
      石油学会JPIJS関東地区討論会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-11-26 – 2015-11-26
  • [学会発表] ヘテロポリ酸触媒の誘電特性の解析2015

    • 著者名/発表者名
      早川翔悟, 椿俊太郎, 三谷友彦, 上田忠治, 藤井知, 米谷真人, 鈴木榮一, 和田雄二
    • 学会等名
      第9回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
    • 発表場所
      上智大学
    • 年月日
      2015-11-19 – 2015-11-20
  • [学会発表] Hydrothermal Liquefaction of Biomass to Value Added Chemicals: Opportunities for Microwave Irradiation2015

    • 著者名/発表者名
      Rawel Singh, 椿 俊太郎, Bhavya Krishna, Thallada Bhaskar, 和田 雄二
    • 学会等名
      第9回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
    • 発表場所
      上智大学
    • 年月日
      2015-11-19 – 2015-11-19
  • [図書] Microwave-induced biomass fractionation, in Biomass Fractionation Technologies for a Lignocellulosic Feedstock Based Biorefinery, 1st Edition, pp. 103-1262016

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Tsubaki, Jun-ichi Azuma, Takeo Yoshimura, Masato Maitani, Eiichi Suzuki, Satoshi Fujii, Yuji Wada
    • 総ページ数
      23
    • 出版者
      Elsevier
  • [図書] Algal Biomass Conversion under Microwave Irradiation, in Microwaves in Catalysis: Methodology and Applications, pp.303-3212015

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Tsubaki, Ayumu Onda, Tadaharu Ueda
    • 総ページ数
      18
    • 出版者
      Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

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公開日: 2017-01-06  

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