| 研究課題/領域番号 |
24350110
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 独立行政法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
池田 拓史 独立行政法人産業技術総合研究所, コンパクト化学システム研究センター, 主任研究員 (60371019)
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| 研究分担者 |
長瀬 多加子 独立行政法人産業技術総合研究所, コンパクト化学システム研究センター, 主任研究員 (30357628)
日吉 範人 独立行政法人産業技術総合研究所, コンパクト化学システム研究センター, 主任研究員 (50415733)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 結晶・多結晶材料 / ゼオライト / 触媒 / 結晶構造解析 / イオン交換 / ソルボサーマル |
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| 研究概要 |
本研究テーマでは、ゼオライト結晶を前駆体に用いるソルボサーマル反応により、新規ナノポーラスアルミノシリケートおよび骨格置換メタロシリケートを創製し、構造・物性評価および触媒応用研究を行う。本年度は、ソルボサーマル合成による既知のゼオライト結晶(例えばFAU型、CHA型、PHI型などのアルミノシリケート)を用い、様々なSi/Al値のゼオライト前駆体を調製し、それら前駆体とアルカリ金属をアルコール系非水溶媒に加え、オートクレーブを用い自己静圧下、200℃、反応時間15～120hの条件でのソルボサーマル反応を用い、これまで天然物としてのみ知られていた-LIT型ゼオライト構造を有するアルミノシリケートの合成に成功した。また副生成物も幾つか見いだし、-LIT型構造との類似性について検討した。得られた-LIT型ゼオライトについて、固体NMR測定によるSi,Al,H,C等の核種の局所構造情報および元素分析や熱重量分析の結果を組み合わせ、高分解能粉末X線回折法による非経験的構造解析から結晶構造を詳細に解析した。最大エントロピー法を用いて、骨格に含まれる特異なO-H…Oで表される水素結合の存在を可視化することに成功した。またこれをアンモニアイオン交換したNH_4LITでは、この水素結合が消失し、ゼオライトとしては非常に大きな体積変化を伴う構造変化が起きること見いだした。また、ソルボサーマル反応における結晶化過程を観察する目的で、高温-自己静圧状態での測定が可能なATR-FT-IR装置を製作し、テスト実験により室温から250℃程度の温度範囲でスペクトルが観測できることを確認した。さらに、カーボンブラックをPMのモデル物質として用い、カーボンブラックに-LITゼオライトを触媒として混合して、含酸素ガス気流下で加熱し、二酸化炭素および一酸化炭素の生成量をガスクロマトグラフで測定することにより触媒活性を評価したところ、既知のアルミノシリケート触媒に比べ、低い燃焼温度で高活性を示すことを見いだした。また燃焼反応の繰り返し特性にも優れていることを確認した。
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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
新規ゼオライトの合成探索は容易ではないが、高密度結晶相や既知構造のゼオライトが得られており、原料や反応条件を多様化することで、興味深い物質ぶ得られそうな手応えを得ている。キャラクタリゼーションについては、分析方法の拡充を行い有効性を確かめることが出来た。とくに当該研究費にて、高温ATR-FT-IR装置の開発を行い、予定した基本性能仕様をほぼ満足する結果が得られている。また触媒応用についても、-LITゼオライトが炭素燃焼反応に適していることを見いだし、既知物質よりも優れた性能を持つことを示せた。
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| 今後の研究の推進方策 |
物質探索について、より効率的に多様な合成条件を検証する。また開発中のATR-FT-IR装置についても、最適化を進め、合成ゲルの高温その場観察を行い、原子の結合状態の変化からソルボサーマル反応中の結晶化メカニズムを探る。また-LITゼオライトの炭素燃焼反応はDMPフィルターを念頭にして.より実際に近い条件で反応実験を行う予定。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
直接経費次年度使用額(2,084,427円)は、前年度の計画で消耗品、その他の経費を最大限節約したことで生じた。この当該助成金をH25年度の予算と足し合わせ、新たにテクニカルスタッフ雇用のため人件費として用い、物質合成の作業効率を加速させるために使用する。
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