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2019 年度 実施状況報告書

相分離型イオン液体触媒を用いたスマート反応・分離プロセスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K15613
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

河野 雄樹  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (00772964)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードイオン液体触媒 / 相分離制御
研究実績の概要

本研究では、触媒機能を持ち、反応原料や生成物の相分離挙動を制御できる「イオン液体触媒」を設計・合成し、これを脱水縮合反応に適用することにより、反応効率向上と生成物分離の省エネ化を達成する「スマート反応・分離プロセス」の創出を目指す。具体的には、(1)酸触媒機能、(2)生成物相分離機能、(3)水吸収・放出機能、の3つの機能を発現・制御できるイオン液体の設計指針の導出を行い、プロセス化に向けた基盤技術を開発する。最終的には、100℃以下の温度条件で生成物のみを取り出し、触媒は回収・再利用する循環型の脱水縮合反応プロセスの開発を目指す。本年度は、種々のアルキル鎖長を持つカルボン酸とアルコールを反応原料とするエステル化反応を対象に、イオン液体触媒の分子構造が相分離挙動や転化率に与える影響について検討した。イオン液体触媒の形態として、1)イオン液体と酸触媒の混合、2)弱塩基と強酸との組み合わせ、3)zwitterionと酸触媒の組み合わせ、からなるイオン液体触媒を合成し、酢酸ブチルの合成反応を検討した結果、生成物が均一混合する場合に比べ、相分離する場合の方が高い転化率を示した。生成物の相分離により平衡反応が促進され、高い転化率を示したと考えられる。相分離後の各相に溶解する成分を分析した結果、3)の形態で合成したイオン液体触媒が、他のイオン液体触媒と比べて生成物相への分配を抑制できることが明らかとなった。

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

本年度は、100℃以下の温和な条件でエステル化反応を促進するイオン液体触媒の設計指針を確立するため、各種イオン液体触媒を用いて反応条件を検討を行い、生成物の相分離がエステル化反応の促進に大きく寄与する点や、イオン液体触媒の形態によっては生成物相への触媒溶出を抑制できることを明らかとした。よって、おおむね順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

これまでの結果から、生成物の相分離制御が平衡反応の促進に重要であることを見出した。一方、副生する水が相分離挙動や転化率に与える影響等については明らかとなっていない部分があるため、イオン液体触媒の種類と水の分配の関係や、その除去手法の検討を進める。また、イオン液体触媒の再生・リサイクル手法等も検討を進める。

次年度使用額が生じた理由

本年度は、イオン液体触媒の合成やエステル化反応の反応条件検討について重点的に検討を行い、装置開発は実施しなかった。当該助成金は翌年度分と合わせ、イオン液体触媒の水吸収能力を精密評価する気液平衡測定装置の開発を進める。

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公開日: 2021-01-27  

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