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2016 年度 実施状況報告書

グリセロールから有用化学資源の環境低負荷型合成

研究課題

研究課題/領域番号 16K18291
研究機関鳥取大学

研究代表者

菅沼 学史  鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90731753)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワードグリセロール / 脱水酸化反応 / アクリル酸 / アクロレイン / 二元機能触媒
研究実績の概要

循環型社会を実現するために石油化学資源から再生可能なバイオマス資源の利用へ転換することが求められている.グリセロールは脂肪酸や石鹸の製造過程で副生するが,近年ではさらに天然油脂を原料とするバイオディーゼル燃料の生産過程で大量に副生しているため,その新規用途開発が求められている.高吸水性樹脂,粘接着剤,各種エステル等の原料として使用されるアクリル酸は,主にプロピレンを直接酸化して製造されているが,グリセロールの脱水反応によって生成したアクロレインを酸化して合成する方法もある.この方法は通常2段階の反応で行われているが,グリセロールからワンパスでアクリル酸を合成することでプロセスを簡略化できればエネルギー低減が可能となる.特に,アクロレインは非常に反応性に富む物質で重合や爆発が起きるため,アクロレインから即座にアクリル酸に変換できれば安全性,生産性の向上が期待できる.本研究では脱水反応に活性があるZSM-5の粒子をアクロレインの部分酸化に適した酸化触媒で内包する二元機能触媒を調製できればグリセロ-ルからアクリル酸の生成を逐次的に進行させることが可能となることが期待される.平成28年度年初はアクロレイン酸化に適した触媒の探索を行った.高い触媒活性を示す触媒としてMo-Vの複合酸化物を想定していたが,ZSM-5の形成にはW-V複合酸化物が適していた.二元機能触媒の調製ではヘキサゴナルタングステンブロンズ構造の複合酸化物上にポリエチレンイミンを吸着させた後,ZSM-5の種結晶溶液と共に攪拌して酸化物外表面上に吸着させる.焼成後にイオン交換して最終的には外表面に酸点,内部に酸化活性点を有する二元機能触媒を得ることができた.この触媒を用いたグリセロール脱水酸化反応は比較実験で行った触媒層の前段にZSM-5, 後段にW-V複合酸化物をつめた反応に匹敵する触媒活性とアクリル酸選択率を示した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

二元機能触媒の調製に成功しており,グリセロール脱水酸化反応におけるその触媒活性とアクリル酸選択率は比較実験である触媒層の前段にZSM-5, 後段にW-V複合酸化物をつめた反応に匹敵する結果を示した.しかし,アクリル酸選択率はまだ30 %程度であるので向上させなければならない.研究実施計画に示した項目1が終了し,現在項目2に取り組んでいるため研究計画に沿って順調に進んでいる.

今後の研究の推進方策

29年度は触媒構造の検討を行う.現在の課題はアクリル酸選択率を向上させることなので酸化触媒の検討を進める.W-V複合酸化物にNbなどの第3成分を添加させることでアクロレインの酸化活性,アクリル酸選択率が向上することが報告されているのでこれらの酸化触媒を用いた検討を行う.また,反応条件も検討することでより高い選択率を示すようにする.この検討と並行して,詳細な構造解析を進めて,本反応における触媒活性と構造との関係を明らかにする.ワンパスでのアクリル酸合成は複数の副反応が同時に進行する複雑な反応系である.目的反応や副反応が触媒上で起きているメカニズムを理解することで,さらに高効率にアクリル酸を得る触媒反応を構築する.

次年度使用額が生じた理由

端数金額を処理できなかったので次年度に繰り越した.

次年度使用額の使用計画

試薬の購入に利用する.

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 8件)

  • [雑誌論文] Enhancement of Catalytic Activity for Toluene Disproportionation by Loading Lewis Acidic Nickel Species on ZSM-5 Zeolite2017

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Suganuma, Koshiro Nakamura, Akihito Okuda, Naonobu Katada
    • 雑誌名

      Mol. Catal.

      巻: 435 ページ: 110-117

    • DOI

      http://doi.org/10.1016/j.mcat.2017.03.029

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Shape Selectivity in Toluene Disproportionation into para-Xylene Generated by Chemical Vapor Deposition of Tetramethoxysilane on MFI Zeolite Catalyst2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Mitsuyoshi, Koji Kuroiwa, Yuta Kataoka, Takuya Nakagawa, Misaki Kosaka, Koshiro Nakamura, Satoshi Suganuma, Yasuhiro Araki, Naonobu Katada
    • 雑誌名

      Microporous Mesoporous Mater.

      巻: 242 ページ: 118-126

    • DOI

      http://doi.org/10.1016/j.micromeso.2017.01.022

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dealkylation of Alkyl Polycyclic Aromatic Hydrocarbon over Silica Monolayer Solid Acid Catalyst2017

    • 著者名/発表者名
      Naonobu Katada, Yusuke Kawaguchi, Kazuki Takeda, Taku Matsuoka, Naoki Uozumi, Kazuki Kanai, Shohei Fujiwara, Keisuke Kinugasa, Koshiro Nakamura, Satoshi Suganuma, Masato Nanjo
    • 雑誌名

      Appl. Catal., A: Gen.

      巻: 530 ページ: 93-101

    • DOI

      http://doi.org/10.1016/j.apcata.2016.11.018

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Production of aldehydes from 1,2-alkanediols over silica-supported WO3 catalyst2016

    • 著者名/発表者名
      Daolai Sun, Yasuhiro Yamada, Satoshi Sato, Satoshi Suganuma, Naonobu Katada
    • 雑誌名

      Appl. Catal., A: Gen.

      巻: 526 ページ: 164-171

    • DOI

      http://doi.org/10.1016/j.apcata.2016.08.029

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 固体酸触媒によるグリーンプロセスの開発2016

    • 著者名/発表者名
      菅沼学史
    • 雑誌名

      化学工業

      巻: 67 ページ: 32-37

  • [学会発表] 酸化チタン表面上での逆ミセル法によるブラウンミラーライト型酸化物超微粒子の合成2017

    • 著者名/発表者名
      平尾啓, 南部良輔, 出上慶貴, 辻悦司, 菅沼学史, 片田直伸
    • 学会等名
      電気化学会第84回大会
    • 発表場所
      八王子
    • 年月日
      2017-03-27
  • [学会発表] 減圧軽油中のアルキル多環芳香族の脱アルキル化反応―シリカモノレイヤー触媒の再生―2016

    • 著者名/発表者名
      竹田一貴, 衣笠圭祐, 佐藤大地, 菅沼学史, 片田直伸
    • 学会等名
      第46回石油・石油化学討論会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2016-11-18
  • [学会発表] シリカモノレイヤー触媒の高温焼成によるアルキルナフタレンの脱アルキル化活性の変化2016

    • 著者名/発表者名
      衣笠圭祐, 川口侑亮, 竹田一貴, 菅沼学史, 片田直伸
    • 学会等名
      第118回触媒討論会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2016-09-23
  • [学会発表] Co/ZSM-5ゼオライト上でのメタンによるベンゼンのメチル化反応2016

    • 著者名/発表者名
      中村浩史郎, 奥田章仁, 太田清貴, 菅沼学史, 辻悦司, 片田直伸
    • 学会等名
      第118回触媒討論会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2016-09-22
  • [学会発表] モリブドバナドリン酸からなるKeggin型ヘテロポリ酸を部分酸化触媒に用いたグリセロール脱水酸化反応2016

    • 著者名/発表者名
      久住拓也, 樽谷孝太朗, 菅沼学史, 辻悦司, 片田直伸
    • 学会等名
      第118回触媒討論会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2016-09-21
  • [学会発表] Benzene methylation by methane over Co supported on ZSM-5 zeolite catalysts: Influence of Co and Al contents2016

    • 著者名/発表者名
      Akihito Okuda, Kiyotaka Ohta, Satoshi Suganuma and Naonobu Katada
    • 学会等名
      16th International Catalysis Congress
    • 発表場所
      Beijing
    • 年月日
      2016-07-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of nitrogen-containing compounds on dealkylation of alkylnaphthalene catalyzed by silica monolayer2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Takeda, Taku Matsuoka, Yusuke Kawaguchi, Shohii Fujiwara, Keisuke Kinugasa, Satoshi Suganuma and Naonobu Katada
    • 学会等名
      16th International Catalysis Congress
    • 発表場所
      Beijing
    • 年月日
      2016-07-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Bi-functional catalysts for single pass oxidehydration of glycerol into acrylic acid2016

    • 著者名/発表者名
      Takuya Hisazumi, Kazuki Morimoto, Satoshi Suganuma, Etsushi Tsuji and Naonobu Katada
    • 学会等名
      16th International Catalysis Congress
    • 発表場所
      Beijing
    • 年月日
      2016-07-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Compensation effect between activation entropy and enthalpy in reactions of benzene derivatives over various aluminosilicates2016

    • 著者名/発表者名
      Koshiro Nakamura, Ryo Mizuta, Satoshi Suganuma and Naonobu Katada
    • 学会等名
      16th International Catalysis Congress
    • 発表場所
      Beijing
    • 年月日
      2016-07-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Methane as methylating agent on Co/MFI zeolite catalyst2016

    • 著者名/発表者名
      Akihito Okuda, Kiyotaka Ohta, Satoshi Suganuma, Etsushi Tsuji and Naonobu Katada
    • 学会等名
      Novel Catalysts for Energy and Environmental Issues
    • 発表場所
      Sapporo
    • 年月日
      2016-07-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of acidic properties of solid catalysts on dehydration of glycerol2016

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Suganuma, Takuya Hisazumi and Naonobu Katada
    • 学会等名
      Novel Catalysts for Energy and Environmental Issues
    • 発表場所
      Sappori
    • 年月日
      2016-06-30
    • 国際学会
  • [学会発表] Factors controlling Bronsted acid strength of zeolite2016

    • 著者名/発表者名
      Naonobu Katada and Satoshi Suganuma
    • 学会等名
      18th International Zeolite Conference
    • 発表場所
      Rio de Janeiro
    • 年月日
      2016-06-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Methylation of benzene by methane on ZSM-5 zeolite-supported cobalt catalyst2016

    • 著者名/発表者名
      Akihito Okuda, Kiyotaka Ohta, Satoshi Suganuma and Naonobu Katada
    • 学会等名
      18th International Zeolite Conference
    • 発表場所
      Rio de Janeiro
    • 年月日
      2016-06-21
    • 国際学会
  • [学会発表] シリカモノレイヤー触媒によるアルキル多環芳香族の脱アルキル化2016

    • 著者名/発表者名
      片田直伸, 松岡卓, 川口侑亮, 竹田一貴, 藤原翔平, 衣笠圭祐, 菅沼学史
    • 学会等名
      石油学会第65回研究発表会
    • 発表場所
      船堀
    • 年月日
      2016-05-24

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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