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2016 年度 実績報告書

結晶性を制御した酸化セリウムナノ粒子を利用したセルロースの水熱解重合

研究課題

研究課題/領域番号 15K21378
研究機関中央大学

研究代表者

田口 実  中央大学, 理工学部, 助教 (00455859)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワードバイオマス / ケミカルリサイクル / 酸化セリウム / ナノ結晶 / 不均一触媒 / 水熱反応
研究実績の概要

高温高圧用撹拌型反応器を使用して、金属酸化物(固体不均一)触媒存在下でセルロース(ろ紙)の加水分解を実施した。ろ紙は、180℃以上で分解が開始され、反応温度上昇とともに重合度は低くなり、240℃では低分子領域(重合度20程度)まで分解する。また、24h以内の反応では、大きな変化は観測されなかった。反応後の炭素収率を基準とすると、220℃-2hが最も高い収率を示した。240℃では、重合度は最低になるが、炭素収率も下がる。これは、生成物のガス化あるいは炭化(不溶性の固体残渣が得られる)が起こっていることが示唆される。この条件において触媒反応を実施したところZnO及びリンモリブデン酸を触媒として利用した場合、無触媒下よりも、加水分解が進行し生成物(グルコースやオリゴ糖)が多いことが明らかになった。しかしながら、多彩な条件(温度、時間、回転速度、触媒)を試験したが劇的な変化は見られなかったため、このセルロース試験を切り替え、廃棄プラスチックの解重合反応を試みた。
同様の実験操作でろ紙をプラスチック(ポリカーボネート)に変更し、不均一触媒を添加して会重合反応を試みたところ、CeO2(バルク結晶)を利用すると、未反応PC試料含め固体残渣は見られなかった。そして、生成物モノマー成分であるビスフェノールAが確認できた。この結果、CeO2の触媒効果が確認できた。CeO2ナノ結晶を利用すると、バルク結晶と比較して、低触媒量、短時間、低温で解重合が完了した。この時の、モノマー収率は約90%であり、その過分解はほぼ起こさない。結晶子径から算出した比表面積は、ナノ結晶のほうがバルク結晶よりも約10倍大きい。固体触媒反応が、主にその表面で起こることを考えると、この結果は表面積の違いから引き起こされていると示唆される。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 高温高圧水で合成する金属酸化物ナノ結晶の構造と物性2017

    • 著者名/発表者名
      田口実
    • 雑誌名

      ケミカルエンジニヤリング

      巻: 62 ページ: 129-135

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] CeO2ナノ触媒によるポリカーボネートの水熱解重合2017

    • 著者名/発表者名
      田口実
    • 雑誌名

      ケミカルエンジニヤリング

      巻: 62 ページ: 13-18

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Correlation of product yield with total organic carbon yield in hydrothermal conversion of pure celluloses in the absence of additives2016

    • 著者名/発表者名
      T. Funazukuri, Y. Asaoka, K. Hirajima, M. Taguchi
    • 雑誌名

      Industrial & Engineering Chemistry Research

      巻: 55 ページ: 9372-9377

    • DOI

      10.1021/acs.iecr.6b01782

    • 査読あり
  • [雑誌論文] CeO2 nanocatalysts for the chemical recycling of polycarbonate2016

    • 著者名/発表者名
      M. Taguchi, Y. Ishikawa, S. Kataoka, T. Naka, T. Funazukuri
    • 雑誌名

      Catalysis Communications

      巻: 84 ページ: 93-97

    • DOI

      10.1016/j.catcom.2016.06.009

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Measurement of binary dilution diffusion coefficient and solubility estimation for dyes in supercritical carbon dioxide by CIR method2016

    • 著者名/発表者名
      T. Funazukuri, T. Yamasaki, M. Taguchi, C. Y. Kong
    • 雑誌名

      Fluid Phase Equilibria

      巻: 420 ページ: 7-13

    • DOI

      10.1016/j.fluid.2016.01.010

    • 査読あり
  • [学会発表] CeO2ナノ触媒を利用したプラスチックの原料化(口頭発表)2017

    • 著者名/発表者名
      田口実、石川由貴、片岡志帆、名嘉節、船造俊孝
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学、横浜
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-17
  • [学会発表] CeO2ナノ触媒を利用したプラスチックの原料化(ATPポスター発表)2017

    • 著者名/発表者名
      田口実、石川由貴、片岡志帆、名嘉節、船造俊孝
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学、横浜
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-16
  • [学会発表] 超臨界水で合成したCeO2ナノ結晶の機能評価-触媒効果と薬理活性-2017

    • 著者名/発表者名
      田口実
    • 学会等名
      8thバイオメディカルインターフェース・ワークショップ
    • 発表場所
      宮古島公民館、沖縄
    • 年月日
      2017-03-09 – 2017-03-09
  • [学会発表] 不均一ナノ触媒を利用したプラスチックの革新的解重合反応2017

    • 著者名/発表者名
      田口実、石川由貴、片岡志帆、名嘉節、船造俊孝
    • 学会等名
      化学工学会第82年会
    • 発表場所
      芝浦工業大学、東京
    • 年月日
      2017-03-07 – 2017-03-07
  • [学会発表] アミン添加熱水を用いたポリブチレンテレフタレートの解重合反応2017

    • 著者名/発表者名
      松澤太樹、田口実、船造俊孝
    • 学会等名
      化学工学会第82年会
    • 発表場所
      芝浦工業大学、東京
    • 年月日
      2017-03-07 – 2017-03-07
  • [学会発表] 超臨界流体クロマトグラフィーによるキラル分離過程の解析2017

    • 著者名/発表者名
      米澤宏誠、大野優奈、田口実、船造俊孝
    • 学会等名
      化学工学会第82年会
    • 発表場所
      芝浦工業大学、東京
    • 年月日
      2017-03-06 – 2017-03-07
  • [学会発表] 高温領域における超臨界二酸化炭素中でのクロム(III)アセチルアセトナートの拡散係数の測定2017

    • 著者名/発表者名
      山本稔、田口実、船造俊孝、孔昌一
    • 学会等名
      化学工学会第82年会
    • 発表場所
      芝浦工業大学、東京
    • 年月日
      2017-03-06 – 2017-03-07
  • [学会発表] 熱水条件下における純水を用いたWhitewoodの加水分解2017

    • 著者名/発表者名
      三上紗也加、児玉大樹、田口実、船造俊孝
    • 学会等名
      第19回化学工学会学生発表会
    • 発表場所
      東京農工大学、東京
    • 年月日
      2017-03-04 – 2017-03-04
  • [学会発表] 吸着応答による超臨界二酸化炭素中における分散染料の溶解度と拡散係数の相関2016

    • 著者名/発表者名
      山崎太一、田口実、孔昌一、船造俊孝
    • 学会等名
      第57回高圧討論会
    • 発表場所
      つくば国際会議場、つくば
    • 年月日
      2016-10-26 – 2016-10-26
  • [学会発表] CeO2ナノ触媒を利用したポリカーボネートのケミカルリサイクル2016

    • 著者名/発表者名
      田口実、石川由貴、片岡志帆、名嘉節、船造俊孝
    • 学会等名
      第27回廃棄物資源循環学会研究発表会
    • 発表場所
      和歌山大学、和歌山
    • 年月日
      2016-09-29 – 2016-09-29
  • [学会発表] テイラー法による逆ミセルプルシアンブルーナノ粒子の拡散係数計測2016

    • 著者名/発表者名
      田口実、竹花洋祐
    • 学会等名
      第67回コロイドおよび界面科学討論会
    • 発表場所
      北海道教育大学、旭川
    • 年月日
      2016-09-23 – 2016-09-23
  • [学会発表] 熱水条件下におけるメチルアミン水溶液を用いたテトラブロモビスフェノールA(TBBPA)の脱臭素化反応2016

    • 著者名/発表者名
      木村雄太、田口実、船造俊孝
    • 学会等名
      化学工学会第48会秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学、徳島
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-07
  • [学会発表] 低濃度酸水溶液を用いた和紙の熱水加水分解2016

    • 著者名/発表者名
      児玉大樹、平島健吾、長島沙也香、田口実、船造俊孝
    • 学会等名
      化学工学会第48会秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学、徳島
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-07
  • [学会発表] The chemical recycling of polycarbonate using CeO2 nanocatalysts2016

    • 著者名/発表者名
      M. Taguchi, T. Naka, T. Funazukuri
    • 学会等名
      18th Annual Conference YUCOMAT 2016
    • 発表場所
      Herceg Novi, Montenegro
    • 年月日
      2016-09-06 – 2016-09-06
    • 国際学会
  • [学会発表] 不均一ナノ触媒を利用したポリカーボネートのケミカルリサイクル2016

    • 著者名/発表者名
      田口実、石川由貴、片岡志帆、名嘉節、船造俊孝
    • 学会等名
      第19回プラスチックリサイクル化学研究会
    • 発表場所
      九州工業大学、小倉
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-01
  • [学会発表] 熱水条件下におけるメチルアミン水溶液を用いたテトラブロモビスフェノールA(TBBPA)の脱臭素化2016

    • 著者名/発表者名
      木村雄太、田口実、船造俊孝
    • 学会等名
      平成28年度廃棄物資源循環学会春の研究発表会
    • 発表場所
      川崎市産業振興会館、川崎
    • 年月日
      2016-05-27 – 2016-05-27
  • [学会発表] 高圧CO2+メタノール混合流体中におけるビタミンK3の拡散係数の測定2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木隆正、田口実、船造俊孝、孔昌一
    • 学会等名
      分離技術会年会2016
    • 発表場所
      日本大学、東京
    • 年月日
      2016-05-27 – 2016-05-27
  • [学会発表] CIR法による超臨界二酸化炭素中でのCr(acac)3の拡散係数の測定及び溶解度の推算2016

    • 著者名/発表者名
      大久保悠貴、山崎太一、鈴木隆正、田口実、船造俊孝、孔昌一
    • 学会等名
      分離技術会年会2016
    • 発表場所
      日本大学、東京
    • 年月日
      2016-05-27 – 2016-05-27
  • [学会発表] Depolymerization of plastics using CeO2 nanocatalysts under hydrothermal conditions2016

    • 著者名/発表者名
      M. Taguchi, T. Naka, T. Funazukuri
    • 学会等名
      International Symposium on the Science of Engineering Ceramics 2016 (EnCera 2016)
    • 発表場所
      朱鷺メッセ、新潟
    • 年月日
      2016-05-11 – 2016-05-11
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of surface-modified metal oxide nanoparticles under hydrothermal conditions using subcritical or supercritical water2016

    • 著者名/発表者名
      M. Taguchi
    • 学会等名
      (2)M. Taguchi, “Preparation of surface-modified metal oxide nanoparticles under hydrothermal conInternational Conference on Nanotechnology 2016 (ICNano-2016)
    • 発表場所
      Bangalore, India
    • 年月日
      2016-04-23 – 2016-04-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] ナノ粒子の表面修飾と分析評価技術~各種特性を向上するためのナノ粒子表面関連技術とその評価~2016

    • 著者名/発表者名
      田口実
    • 総ページ数
      425
    • 出版者
      株式会社情報機構出版
  • [備考] ナノ触媒が叶える廃棄物資源循環型社会(新技術説明会「ナノ・マイクロテクノロジー」)

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=rFwrgbzeLWg

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公開日: 2018-01-16  

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