計算機化学を利用した高選択性ゼオライト触媒膜の理論設計と開発

本研究の目的は計算機化学と膜透過理論を組み合わせた新しい触媒膜の設計方法論を提案するとともに、その方法論をゼオライト触媒膜によるパラキシレン生成プロセスに適用し、理論設計結果に基づいた触媒膜の開発を行うことである。本年度は、分子シミュレーションにおいて計算に最も時間を要する原子間ポテンシャルを確率論的に取り扱うことができる新規非平衡系メソスコピック・モンテカルロ法ソフトウエアの開発を行い成功した。このソフトウエアでは、透過・拡散とともに触媒反応も同時に考慮することが可能であり、触媒膜を用いたプロセスでの転化率や透過係数を推定するとともに、充填型触媒反応器との性能比較を行うことも可能である。現在、開発されたプログラムを用いて、ゼオライト触媒膜が充填型触媒反応器よりも有利になるような反応系の探索、およびトルエンとメタノールからのキシレン合成を例にとりMFIシリカライト触媒膜の性能予測、およびこの反応系においてパラキシレン転化率を最大にするようなゼオライト膜構造や膜厚の予測、および操作条件の探索を行っている。来年度はこれら理論計算の結果に基づき実際の触媒膜の開発を行う予定である。

本研究の目的は計算機化学と膜透過理論を組み合わせた新しい触媒膜の設計方法論を提案するとともに、その方法論をゼオライト触媒膜によるパラキシレン生成プロセスに適用し、理論設計結果に基づいた触媒膜の開発を行うことである。本年度は、分子シミュレーションにおいて計算に最も時間を要する原子間ポテンシャルを確率論的に取り扱うことができる新規非平衡系メソスコピック・モンテカルロ法ソフトウエアの開発を行い成功した。このソフトウエアでは、透過・拡散とともに触媒反応も同時に考慮することが可能であり、触媒膜を用いたプロセスでの転化率や透過係数を推定するとともに、充填型触媒反応器との性能比較を行うことも可能である。現在、開発されたプログラムを用いて、ゼオライト触媒膜が充填型触媒反応器よりも有利になるような反応系の探索、およびトルエンとメタノールからのキシレン合成を例にとりMFIシリカライト触媒膜の性能予測、およびこの反応系においてパラキシレン転化率を最大にするようなゼオライト膜構造や膜厚の予測、および操作条件の探索を行っている。来年度はこれら理論計算の結果に基づき実際の触媒膜の開発を行う予定である。