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本研究は作製が困難であった数十μm～数百μmの流路サイズを有するモノリス体を効率良く製造可能な方法の確立を目指している。具体的には熱分解により除去が容易な熱可塑性樹脂でネガ体を作製し、これを用いてゾル－ゲル法によりポジ体となるモノリス体を作製している。
本年度は昨年度開発したインクを利用し、光造形方式３Dプリンターによりモノリスのネガ体を印刷し、これをテンプレートに用いてポジ体のカーボンゲルモノリスを種々製造した。直状流路の径、厚さについて検討を行ったところ、共に100μm程度までの流路を配向した状態で導入できることを確認した。さらに３Ｄプリンターの高い造形性を利用することで複雑な形状のモノリスも製造可能であることも確認できた。一方でモノリス体の用途についても検討を行った。水溶液からのフェノール吸着除去について流通系で検討をしたところ、非常に高い速度で吸着除去が可能であることが確認できた。また気液固三相反応への利用を考えカーボンゲルモノリス体に白金ナノ粒子を担持しこれを触媒として４－ニトロフェノールの水素化反応を実施した。反応は常圧下、比較的低い水素流量でも顕著に進行し、粒子状の固体触媒を利用する反応器に対する優位性が確認できた。流路密度を大きくすることで、見かけの反応活性も向上することが確認できた。流路密度を大きくするためにはコストがかかり、流体に対する抵抗も大きくなるため、流路密度はモノリスの製造コストと運転コストのバランスを考慮して決めることになる。
本研究で開発した手法を用いることで目的の数十μm～数百μmの流路サイズを有するモノリス体を効率良く製造可能となり、本法と以前に開発した氷晶をテンプレートに用いる方法及びモノリス製造に広く利用されている押し出し法と使い分けることによって、サブμmからmmの範囲の流路サイズを有するモノリス体がシームレスに製造可能となった。
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