| 研究課題/領域番号 |
19K20484
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
大島 一真 九州大学, 工学研究院, 助教 (60734275)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 炭素繊維強化プラスチック / 有害物除去 / 熱分解リサイクル / フェノール水蒸気改質 / ペロブスカイト型酸化物 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)のリサイクル促進を目的として、CFRP熱分解時に発生する廃棄物の有効活用プロセスの開発を行う。初年度はCFRP熱分解時に発生する有害ガスからの有価物回収を目的として、ゼオライトによるクラッキングを実施した。CFRP熱分解は炭素繊維の損傷を抑制するために500℃程度の比較的低温で実施されるため、不完全分解物である重質炭化水素が発生する。その重質炭化水素を、熱分解温度以下で有価物に転換する触媒プロセスの開発を行った。BEA型ゼオライトを用いることで、CFRP熱分解ガスが高選択的にフェノールに転換されることがわかった。またフェノール生成機構を明らかに、逐次反応を抑制することで選択性を向上できることを明らかにした。次年度は発生したフェノールを更に無害化するために、後段のペロブスカイト型酸化物触媒の開発を実施した。まだ基準触媒よりも有効な触媒は見いだせていないが、アルカリ土類金属を修飾することで触媒活性を向上させる可能性を見出した。最終年度は修飾方法の最適化を実施し、CFRP熱分解ガスの無害化を達成する。一方でCFRP熱分解時に排出される炭素繊維の有効活用法として、炭素繊維を鋳型にした材料合成も検討した。熱分解によって損傷した炭素繊維を、材料として再利用することは困難であるが、繊維径が同様であるという特徴を活かして、中空状の材料を合成することを狙った。その結果、繊維径の中空を有するペロブスカイト型酸化物を合成することに成功した。繊維径はPMと類似した大きさを有しているため、今後はPM回収・除去触媒としての活用法を見込んでおり、廃棄CFRPのリサイクル促進に資する成果が得られた。
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| 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
CFRP熱分解ガスの成分分析を詳細に行ったところ、フェノールよりも重質な含酸素炭化水素が多く含まれていることが分かった。そのためフェノールをモデル物質としてCFRP熱分解ガスを無害化するプロセスを研究するためには、含酸素重質炭化水素を軽質化する必要性が高いと判断した。そこで当初の計画では最終段階で実施する予定であった、実際の熱分解ガスでの評価を前倒しし、熱分解ガスのクラッキングによる軽質化を優先して実施した。研究計画は前後しているものの、最終的な無害化に向けて触媒開発は順調に進行しており、触媒調製の最適化によって目的が達成されることを見込んでいる。また廃棄される炭素繊維の有効活用法も提示できており、CFRPリサイクル促進に資する結果を得られている。
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| 今後の研究の推進方策 |
ペロブスカイト型酸化物担体へのアルカリ土類金属の修飾によって、活性点であるNiの電子状態および還元特性が変化することを見出した。今後は修飾方法の最適化によって、フェノール水蒸気改質に高活性を示す触媒開発を進める。触媒開発と並行して表面分析や構造解析といった材料評価も並行して実施し、高活性を示す学術的知見を深めていく予定である。
また炭素繊維の有効活用法である中空状ペロブスカイト型酸化物にも着目し、熱分解時に発生するPＭ除去・燃焼触媒としての活用法を検討する。廃棄ガスの無害化および炭素繊維の有効活用法の提示を通して、廃棄CFRPのリサイクル促進に貢献する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍によって旅費の支出が滞ったため、次年度使用額が生じた。
概ね計画書通りに支出する予定であり、旅費は依頼測定などで対応する予定である。
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