| 研究課題/領域番号 |
25340125
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| 研究機関 | 石巻専修大学 |
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研究代表者 |
山崎 達也 石巻専修大学, 理工学部, 教授 (60174653)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | バイオエタノール / プロピレン選択的合成 / コバルト触媒 / アセトン中間体 / 助触媒効果 |
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| 研究実績の概要 |
低品位バイオエタノールからアセトンを経由してプロピレンを選択的に合成する触媒システムを構築するための基礎的研究として、当該年度には主として以下の３点について検討した。
1. 昨年度の研究で、Co/CeO2触媒における担体の性質が、水/エタノールの反応特性を強く支配することが明らかになった。そこで、担体CeO2の性質をより大きく変化させる目的で、ZnOを添加したCo/CeO2系触媒を調製し、プロピレン生成反応の前段階のプロセスであるエタノールの水蒸気改質反応特性を検討した。その結果、ZnOを10%程度添加した触媒が、エタノール転化活性を高めることがわかった。反応解析の結果、助触媒ZnOがエタノールからアセトンを生成するプロセスの活性化に寄与していることがわかった。
２．昨年の研究で、Co/CeO2にAl2O3を物理混合した触媒が、バイオエタノールから選択的にプロピレンを合成することが示された。本年度は、高いプロピレン生成選択性を維持したまま、反応活性を高めることを目的として、様々な有機酸を用いてCo/CeO2を調製し、それをAl2O3と物理混合した触媒について、プロピレン生成反応特性の解析を行った。すなわち、有機酸がCoサイトや担体に及ぼす効果を解明するとともに、Co担持状態と触媒反応特性との関係を明らかにすることを試みた。その結果、有機酸はCo活性点の前駆体であるCo3O4を高分散させる効果を示し、混合触媒系でもプロピレン生成速度を向上させる働きを持つことが明らかになった。また、有機酸は触媒表面上への炭素堆積を抑制する効果を示し、触媒の安定化にも寄与することがわかった。
３．バイオエタノール中の不純物の反応に及ぼす影響を検討した。不純物はエタノールのオリゴマー化反応を促進し、アセトンルートによるプロピレン生成活性向上に及ぼす有機酸の効果を減殺することが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
全体としては当初計画よりやや遅れている状況であるが、その大きな原因は初年度の研究の遅れに起因するものであり、単年度としてはほぼ順調に研究が進められていると言える。
本年度は昨年同様、バイオエタノールの水蒸気改質反応とプロピレン合成の両面から研究を進めた。前者の研究において、反応中間体であるアセトン生成の高活性化に担体の改質が有効であることが示された。活性の大幅な向上までには至っていないが、本プロセスにおけるプロピレン合成の最大の問題であった活性の低さを克服する手がかりが得られたと言える。
一方、新たな触媒系の探索については、当初の触媒系を越えるものの発見には至らなかったが、Co系触媒を高活性化する道筋として有機酸添加等によるCoの高分散化が有効であることが明らかになった。現在のところ、有機酸の効果の解析は定性的な段階にとどまっているが、各有機酸の特性や担持量と反応性との相関を解析し、より定量的な評価と触媒改質の方向性を確立すべく準備を進めているところである。
本年度は、本研究テーマの最大の課題である触媒高活性化に研究を傾注したため、昨年計画した、触媒毒による失活メカニズムの解明については明確な結論には至っていない。研究の過程で本プロセスによるプロピレン合成において不純物の影響が大きいことが明らかになったことから、その解明に向けた準備を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在までに調製された触媒はバイオエタノールから選択的にプロピレンを生成する可能性を持つことを示したが、その活性は十分ではない。本研究期間の最終年を迎えて、課題となっている活性向上のために、触媒改質に重点をおいて研究を進める。
１．本反応プロセスにおける重要な中間体であるアセトンを高い収量で生成するため、Co/CeO2系触媒について、担体の酸素可動性を高める触媒修飾を行う。昨年度にある程度の効果が認められたZnOに加えて、希土類酸化物等を1～3種類複合的に加え、エタノール転化率とアセトン生成量に対するそれらの影響を定量的に評価し、触媒開発を進める。
２．触媒調製時の有機酸種およびその添加量の最適化をすすめ、Coの担持状態の改善を通して、エタノール転化活性と触媒安定性の向上を図る。
３．実バイオエタノール利用時の問題点を明らかにするため、想定される不純物を加えた反応物を用いて、不純物が反応特性に与える影響を調査し、実用的かつ経済的にどこまでバイオエタノールを精製すべきかの指標を得る。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初計画していた、触媒試料のXPS分析等の外部依頼が、相手先の都合でできなかったため、そのための費用の一部が未使用となったため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
触媒調製や反応試験は順調に進んでおり、昨年度に分析できなかった試料も合わせて次年度に分析を実施する。そのため、繰越金と次年度に計上する経費とを併せて、分析依頼や実験補助のための謝金として利用する。
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