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2014 年度 実施状況報告書

マイクロ波加熱によって発生するホットスポットの生成メカニズムとその制御

研究課題

研究課題/領域番号 25420820
研究機関上智大学

研究代表者

堀越 智  上智大学, 理工学部, 准教授 (50424784)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードマイクロ波化学 / ホットスポット / 固体触媒 / 有機合成
研究実績の概要

申請者らはマイクロ波による固体触媒表面で発生するホットスポットを、ハイスピードカメラで始めて観測に成功し、このホットスポットは固体触媒粒子問で発生することを予想した。昨年度までに、この予測を実証するため理論と実験を行った。実験と理論計算より、粒子同士の間隔や粒子サイズがホットスポットの発生を左右することが分かった。
本年度は、マイクロ波が電磁波であることから電場と磁場を分離できる装置を試作し、これを用いてマイクロ波の電場や磁場に対するホットスポットの影響を検討した。電場による触媒加熱では容易にホットスポットが発生したが、同出力による磁場照射ではホットスポットの発生が著しく抑えられた。しかし、出力を向上させると磁場照射下であってもホットスポットの発生が観測された。これは磁場加熱によるホットスポットの発生は観測されないが、磁場から発生する交番電場によってホットスポットが発生したと考えられる。
一方、マイクロ波周波数を2.45GHzから5.8GHzを用いた、ホットスポット発生における周波数効果を検討した。周波数を変えることによりホットスポットを著しく低下させることができた。これは、電界密度が5.8GHzによって向上することで無溶媒に対する配向分極率が向上したため、触媒自己発熱に加え溶媒による加熱も併用されたことからホットスポットの発生が抑えられたと考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

初年度の研究によって、ホットスポットの発生条件が分かったため、そのデータを基に2年目の研究は、ホットスポットの制御に成功した。研究進行に対して問題はなく予定通りの研究を遂行することができた。

今後の研究の推進方策

ホットスポットの正体が、触媒表面で発生する放電であることが2年間の研究で明らかにされ、またその発生制御についても検討を重ねた。最終年度はホットスポットの成分分析を行う。実際には、ホットスポットが発生すると微弱な発光が見られるため、これを分光学的に分析し、そのスペクトルから成分を検討する。また、研究最終年度であるため、3年分の成果をホットスポットの発生要因(トリガー的要因と持続的要因)を整理する。また、ホットスポットの発生を制御についても明確化する。
さらに、審査付の学術論文に投稿や、国際会議、国内会議において発表し、成果報告を行う。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 9件、 謝辞記載あり 9件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 6件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Enzymatic proteolysis of peptide bonds by a metallo-endoproteinase under precise temperature control with 5.8-GHz microwave radiation2015

    • 著者名/発表者名
      S. Horikoshi, T. Nakamura, M. Kawaguchi, N. Serpone
    • 雑誌名

      J. Mol. Catal. B: Enzyme

      巻: 116 ページ: 52-59

    • DOI

      10.1016/j.molcatb.2015.03.007

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Utilization of the microwave electric or magnetic field in the synthesis of monometallic and bimetallic nanoparticles2015

    • 著者名/発表者名
      T. Sumi, R. Dillert, S. Horikoshi
    • 雑誌名

      RSC Advance

      巻: 5 ページ: 14637-14645

    • DOI

      10.1039/C5RA00452G

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Detoxification mechanism of asbestos materials by microwave treatment2015

    • 著者名/発表者名
      N. Yoshikawa, K. Kashimura, M. Hashiguchi, M. Sato, S. Horikoshi, T. Mitani, N. Shinohara
    • 雑誌名

      J. Hazardous Mater.

      巻: 284 ページ: 201-206

    • DOI

      10.1016/j.jhazmat.2014.09.030

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Coupled microwave/photoassisted methods for environmental remediation2014

    • 著者名/発表者名
      S. Horikoshi, N. Serpone
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 19 ページ: 18102-18128

    • DOI

      10.3390/molecules191118102

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Microwave-driven asbestos treatment and its scale-up for use after natural disasters2014

    • 著者名/発表者名
      S. Horikoshi, T. Sumi, S. Ito, R. Dillert, K. Kashimura, N. Yoshikawa, M. Sato, N. Shinohara
    • 雑誌名

      Environ. Sci. Technol.

      巻: 48 ページ: 6882-6890

    • DOI

      10.1021/es500551b

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Control of microwave-generated hot spots. Part VI. Generation of hot spots in dispersed catalyst particulates and factors that affect catalyzed organic syntheses in heterogeneous media2014

    • 著者名/発表者名
      S. Horikoshi, M. Kamata, S. Sakamoto, T. Mitani, N. Serpone
    • 雑誌名

      Ind. Eng. Chem. Res.

      巻: 53 ページ: 14941-14947

    • DOI

      10.1021/ie502169z

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Role of microwaves in heterogeneous catalytic systems2014

    • 著者名/発表者名
      S. Horikoshi, N. Serpone
    • 雑誌名

      Catal. Sci. Technol.

      巻: 4 ページ: 1197-1210

    • DOI

      10.1039/C3CY00753G

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] On the Influence of the Microwaves’ Thermal and Non-thermal Effects in Titania Photoassisted Reactions2014

    • 著者名/発表者名
      S. Horikoshi, N. Serpone
    • 雑誌名

      Catal. Today

      巻: 224 ページ: 225-235

    • DOI

      10.1016/j.cattod.2013.10.056

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Efficient degassing of dissolved oxygen in aqueous media by microwave irradiation and the effect of microwaves on a reaction catalyzed by Wilkinson’s catalyst2014

    • 著者名/発表者名
      S. Horikoshi, S. Matsuzaki, S. Sakamoto, N. Serpone
    • 雑誌名

      Radiation Phys. Chem.

      巻: 97 ページ: 48-55

    • DOI

      10.1016/j.radphyschem.2013.10.020

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 光触媒コーティング無電極ランプによる被災地の汚染水浄化装置の開発2014

    • 著者名/発表者名
      堀越 智
    • 学会等名
      循環型社会形成推進研究発表会
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2014-12-18 – 2014-12-18
    • 招待講演
  • [学会発表] 不均一触媒反応におけるマイクロ波効果の検証2014

    • 著者名/発表者名
      堀越 智
    • 学会等名
      第45回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • 発表場所
      岐阜県
    • 年月日
      2014-11-29 – 2014-11-30
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ波固体触媒法を用いたデカリンからの水素エネルギー発生に関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      鎌田桃子、堀越 智
    • 学会等名
      第8回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
    • 発表場所
      高知県
    • 年月日
      2014-11-17 – 2014-11-19
  • [学会発表] On the Influence of the Microwaves’ Thermal and Non-thermal Effects in Titania Photoassisted Reactions2014

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Horikoshi, Nick Serpone
    • 学会等名
      20th International Conference on Advanced Oxidation Technologies for Treatment of Water, Air, and Soil
    • 発表場所
      サンディエゴ・アメリカ
    • 年月日
      2014-11-16 – 2014-11-21
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ波およびマイクロリアクターを用いた金属ナノ粒子の新合成プロセス2014

    • 著者名/発表者名
      堀越 智
    • 学会等名
      平成26年度粉体粉末冶金協会秋季大会
    • 発表場所
      大阪府
    • 年月日
      2014-10-30 – 2014-10-30
    • 招待講演
  • [学会発表] Role of microwaves in heterogeneous catalytic systems2014

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Horikoshi
    • 学会等名
      Materials Science & Technology 2014
    • 発表場所
      ピッツバーグ・アメリカ
    • 年月日
      2014-10-12 – 2014-10-16
  • [学会発表] マイクロ波促進不均一光触媒法を用いた水処理に対する酸素欠損の影響2014

    • 著者名/発表者名
      堀越 智
    • 学会等名
      第65回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2014-09-03 – 2014-09-05
  • [学会発表] マイクロ波不均一触媒界面におけるホットスポットの発生メカニズムの解明と制御2014

    • 著者名/発表者名
      堀越 智
    • 学会等名
      第65回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2014-09-03 – 2014-09-05
  • [学会発表] マイクロ波効果とその化学応用2014

    • 著者名/発表者名
      堀越 智
    • 学会等名
      9)(独) 日本学術振興会 テラヘルツ波科学技術と産業開拓第182委員会
    • 発表場所
      静岡県
    • 年月日
      2014-07-17 – 2014-07-17
    • 招待講演
  • [学会発表] 化学反応におけるマイクロ波場の基礎と利用例2014

    • 著者名/発表者名
      堀越 智
    • 学会等名
      第5回日本電磁波エネルギー応用学会講演会
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2014-05-30 – 2014-05-30
    • 招待講演
  • [図書] 最新マイクロ波エネルギーと応用技術2014

    • 著者名/発表者名
      堀越 智
    • 総ページ数
      960
    • 出版者
      産業技術サービスセンター

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公開日: 2016-05-27  

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