Development of catalyst-free selective oxidation method using flow reactors that selectively arrange the desired active species

使用选择性排列所需活性物质的流动反应器开发无催化剂选择性氧化方法

• 批准号: 21H01697
• 负责人: 高橋 厚
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01697/
• 关键词: 選択酸化反応; 活性酸素種; 速度論解析; 触媒フリー; フローリアクターシステム; 低温大気圧プラズマ; 選択酸化; 速度論モデル; 貴金属触媒

本年度は、バッチ式プラズマ照射システムを用いてまず水のみに対する反応を行い、生成する過酸化水素と溶存酸素濃度の経時変化から、活性種生成挙動を把握を行った。その結果、液相中の溶存酸素濃度は、照射時間に伴い減少するものの、生成物である過酸化水素の生成挙動には影響を及ぼさないという重要な知見を得ることができた。この知見により、選択酸化達成に向けて活性種生成を制御するための因子を絞ることができ、反応条件最適化のための方針を得ることができた。得られた実験結果に基づき、OHラジカル、Oラジカル等寄与の大きいと想定される反応を考慮しモデルを構築した。その結果、初期溶存酸素濃度あるいはpHを変化させた際の溶存酸素ならびに過酸化水素濃度の経時変化を良好に表現することができた。これにより、水中でのプラズマ照射下での活性種生成メカニズムを把握することができた。そこで、モデル有機化合物としてグリセリンを用い、前述の水のみを対象とした速度論モデルに、Au触媒を用いたグリセリン酸化反応のメカニズム検討から明らかにした反応を加えることで、本系の酸化反応の速度論モデルを構築した。その結果、種々のpHならびに初期溶存酸素濃度における目的生成物のグリセリン酸や副生物の生成物の経時変化をおおよそ表現することができた。pHの切り替わりによりグリセリン酸から、グリセルアルデヒド、ジヒドロキシアセトンに生成物が切り替わる様子についても表現することができた。モデルによるシミュレーションでは、初期は水のみとし、所定時間経過後にグリセリンを投入することで、収率を大幅に向上させうることを示し、フローシステムとした場合の目的生成物の高収率化に向けた装置設計において重要な知見を獲得することができた。

This year は, バ ッ チ type プ ラ ズ マ irradiation シ ス テ ム を with い て ま ず water の み に す seaborne る anti 応 を い, generate す る) element と dissolved water acid acidification passes element concentration の 経 variations change when か ら, activity for generating dynamic を 挙 grasp を rows っ た. そ の results, の dissolved in the liquid phase acid は element concentration, irradiation time に with い reduce す る も の の, products で あ る water acidification passes の SRBC 挙 dynamic に は influence を and ぼ さ な い と い う important な know see を る こ と が で き た. こ の knowledge に よ り, sentaku acidification reach に け て activity of generated を suppression す る た め の factor を ground る こ と が で き 応 conditions optimization and anti の た め の policy を must る こ と が で き た. Have ら れ た be 験 results に づ き, OH ラ ジ カ ル, O ラ ジ カ ル send の big き い と scenarios さ れ る anti 応 を consider し モ デ ル を build し た. そ の results, early soluble acid levels あ る い は pH を variations change さ せ た interstate の soluble deposit acid element な ら び に acidification passes water element concentration の 経 variations change を に good performance when す る こ と が で き た. The generation of で <s:1> active species under the irradiation of で で プラズ プラズ プラズ とがで in water メカニズムを is controlled by メカニズムを, する, とがで and た た た. そ こ で, モ デ ル organic compounds と し て グ リ セ リ ン を い, the foregoing の water の み を like と seaborne し た speed theory モ デ ル に, Au catalyst を い た グ リ セ リ ン acidification anti 応 の メ カ ニ ズ ム 検 please か ら Ming ら か に し た anti 応 を plus え る こ と で, the department の acidification 応 の speed theory モ デ ル を build し た. そ の results, types of 々 の pH な ら び に early soluble deposit acid levels に お け る purpose products の グ リ セ リ ン acid や vice biological の products の 経 variations change when を お お よ そ performance す る こ と が で き た. PH の り cutting for わ り に よ り グ リ セ リ ン acid か ら, グ リ セ ル ア ル デ ヒ ド, ジ ヒ ド ロ キ シ ア セ ト ン に products が り cutting for わ る others child に つ い て も performance す る こ と が で き た. モ デ ル に よ る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で は, initial water は の み と し, after the prescribed time 経 に グ リ セ リ ン を into す る こ と で, 収 を に sharply upward さ せ う る こ と を し, フ ロ ー シ ス テ ム と し た occasions の purpose products の high rate of 収 に to け た device design に お い て important な knowledge を get す る こ と が で き た.

项目成果

Efficient conversion of waste glycerol into high value-added chemicals by selective oxidation

通过选择性氧化将废甘油高效转化为高附加值化学品

• 发表时间: 2021
• 作者: Tsutomu Chida;Kousuke Hiromori;Naomi Shibasaki-Kitakawa;Naoki Mimura;Aritomo Yamaguchi;Atsushi Takahashi
• 通讯作者: Atsushi Takahashi

低温大気圧プラズマ照射を利用した常温下でのグリセリン選択酸化

利用低温大气压等离子体辐照在室温下选择性氧化甘油

• 发表时间: 2023
• 作者: Kazuya Fujita ; Kosuke Suzuki ; Chun-Yi Chen ; Tso-Fu Mark Chang ; Hiroyuki Ito ; Katsuyuki Machida ; Kazuya Masu ; Masato Sone;千田 勤・中垣 友哉・ 廣森 浩祐・北川 尚美・ 佐々木 渉太・高橋 厚
• 通讯作者: 千田 勤・中垣 友哉・ 廣森 浩祐・北川 尚美・ 佐々木 渉太・高橋 厚

廃グリセリンの高付加価値化を目指した選択的酸化プロセスの設計

旨在实现废甘油高值化的选择性氧化工艺设计

• 发表时间: 2021
• 作者: 千田勤;廣森浩祐;北川尚美;三村直樹;山口有朋;高橋厚
• 通讯作者: 高橋厚

大気圧非平衡プラズマ照射によるグリセリンの無触媒液相選択酸化

常压非平衡等离子体辐照非催化液相选择性氧化甘油

• 发表时间: 2023
• 作者: Yu-An Chien ; Chun-Yi Chen ; Masato Sone ; Tso-Fu Mark Chang;多湖輝興，藤墳大裕;Ryo Watanabe;中垣 友哉・千田 勤・廣森 浩祐・北川 尚美・佐々木 渉太・高橋 厚
• 通讯作者: 中垣 友哉・千田 勤・廣森 浩祐・北川 尚美・佐々木 渉太・高橋 厚

Kinetic model for process design of efficient production of high value-chemicals from glycerol

甘油高效生产高价值化学品的工艺设计动力学模型

• 发表时间: 2021
• 作者: Tsutomu Chida;Kousuke Hiromori;Naomi Shibasaki-Kitakawa;Naoki Mimura;Aritomo Yamaguchi;Atsushi Takahashi
• 通讯作者: Atsushi Takahashi