超臨界二酸化炭素を反応場としたメカノケミカル反応手法の創生

粉砕に伴い発生する固体の活性表面を反応に用いるメカノケミカル反応が、機能性物質製造等の分野で注目されつつある。本研究では、高い密度をもち、かつ極めて不活性な分子構造を有する超臨界二酸化炭素を反応場に用いることで、粉砕を阻害するクッショニング現象や粉砕粒子の再凝集を防ぎ、なおかつ固体表面活性点を失活させないメカノケミカル反応について検討を行う。本年度は昨年度に有用性が明らかとなった水酸化ナトリウムからの炭酸水素ナトリウム合成反応におけるメカノケミカルについて検討を行った。(1)生成物分析手法の確立本反応では反応生成物である炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウムと未反応の水酸化ナトリウムが混合した粉体が得られる。反応速度、生成物選択性を検討する上ではこれらの精度より定量分析が求められる。本研究ではX線回折と中和滴定を併用する手法を用いることでこの分析を可能とした。(2)生成物選択性の検討昨年度は水酸化ナトリウムの反応速度を基準にメカノケミカル反応の優位性を検討したが、本年度は各種条件下において炭酸水素ナトリウムの収量基準、すなわち反応選択性を加味した検討を行い、粉砕速度を向上させ、二酸化炭素密度を大とすることで炭酸水素ナトリウムが効率よく生成できることを明らかにした。(3)各種アルカリ金属への展開本反応を水酸化カリウムおよび水酸化リチウムの炭酸水素化反応に適用する検討を行った。その結果、水酸化カリウムについては、水酸化ナトリウムの場合と同様に高選択率で炭酸水素カリウムを生成するメカノケミカル反応が進行することが判った。また水酸化リチウムに関しても同様に炭酸水素リチウムの生成が可能であるが、常温で安定である、水酸化リチウム水和物を原料とした場合には炭酸リチウムが優勢に生成することが判った。

粉砕に伴い発生する固体の活性表面を反応に用いるメカノケミカル反応が、機能性物質製造等の分野で注目されつつある。本研究では、高い密度をもち、かつ極めて不活性な分子構造を有する超臨界二酸化炭素を反応場に用いることで、粉砕を阻害するクッショニング現象や粉砕粒子の再凝集を防ぎ、なおかつ固体表面活性点を失活させないメカノケミカル反応について検討を行う。本年度は昨年度に有用性が明らかとなった水酸化ナトリウムからの炭酸水素ナトリウム合成反応におけるメカノケミカルについて検討を行った。(1)生成物分析手法の確立本反応では反応生成物である炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウムと未反応の水酸化ナトリウムが混合した粉体が得られる。反応速度、生成物選択性を検討する上ではこれらの精度より定量分析が求められる。本研究ではX線回折と中和滴定を併用する手法を用いることでこの分析を可能とした。(2)生成物選択性の検討昨年度は水酸化ナトリウムの反応速度を基準にメカノケミカル反応の優位性を検討したが、本年度は各種条件下において炭酸水素ナトリウムの収量基準、すなわち反応選択性を加味した検討を行い、粉砕速度を向上させ、二酸化炭素密度を大とすることで炭酸水素ナトリウムが効率よく生成できることを明らかにした。(3)各種アルカリ金属への展開本反応を水酸化カリウムおよび水酸化リチウムの炭酸水素化反応に適用する検討を行った。その結果、水酸化カリウムについては、水酸化ナトリウムの場合と同様に高選択率で炭酸水素カリウムを生成するメカノケミカル反応が進行することが判った。また水酸化リチウムに関しても同様に炭酸水素リチウムの生成が可能であるが、常温で安定である、水酸化リチウム水和物を原料とした場合には炭酸リチウムが優勢に生成することが判った。