超臨界水中での炭化水素の部分酸化反応機構の解明

昨年度の結果から超臨界水中での部分酸化反応がpHなどのイオン的作用によりコントロールできる可能性が示された。今年度はその知見をもとに、下記の項目について研究を行った。(1)炭化水素の部分酸化反応のイオン的作用によるコントロール超臨界水中での部分酸化反応を廃棄物のガス化プロセスのためには、水素をいかに効率良く回収するかということが重要である。昨年度の酸・アルカリを加えることで超臨界水のpHを変化させてメタノールの酸化反応を行った結果、いずれの反応条件においても、メタノールの酸化反応の主経路は、メタノールがまずCOに酸化され、その後COがCO_2へと酸化される逐次反応であることが分かり、また、各酸化反応の経路がpHに大きく依存していた。すなわち、pHが低くなるほど(酸性雰囲気)メタノールのCOへの酸化が抑制され、またpHが高い時も(アルカリ雰囲気)、酸性雰囲気と同様にメタノールのCOへの酸化が抑制された。ポリエチレンやn-ヘキサデカンといった重質炭化水素を超臨界水中で部分酸化させ、効率良く水素を回収するためにはまず前駆体となるCOに部分酸化し、その後水性ガスシフト反応により水素にする手法が有力となるが、メタノールの知見から、アルカリ雰囲気が望ましいことになる。したがってここでは、水酸化ナトリウムを添加した実験と固体塩基触媒として研究代表者がその有用性を確認しているジルコニアを添加して、水素の生成量に着目して検討した。その結果、いずれの塩基触媒においても超臨界水中で部分酸化させることで、水素を高い収率で生成できることを明らかにした。(2)リグニンの部分酸化反応のイオン的作用によるコントロールこれからの社会は循環型であることが望ましく、今後のエネルギーや化学原料資源として有限時間内で再生可能な木質バイオマスの利用が必要不可欠である。木質バイオマスの構成成分で軽質化・化学原料化が困難なものがリグニンであり、ここではこのリグニンからの水素回収法として上記の方法を適用した。その結果、炭化水素の部分酸化同様にいずれの塩基触媒においても超臨界水中で部分酸化させることで、水素を高い収率で生成できることを明らかにした。

昨年度の結果から超臨界水中での部分酸化反応がpHなどのイオン的作用によりコントロールできる可能性が示された。今年度はその知見をもとに、下記の項目について研究を行った。(1)炭化水素の部分酸化反応のイオン的作用によるコントロール超臨界水中での部分酸化反応を廃棄物のガス化プロセスのためには、水素をいかに効率良く回収するかということが重要である。昨年度の酸・アルカリを加えることで超臨界水のpHを変化させてメタノールの酸化反応を行った結果、いずれの反応条件においても、メタノールの酸化反応の主経路は、メタノールがまずCOに酸化され、その後COがCO_2へと酸化される逐次反応であることが分かり、また、各酸化反応の経路がpHに大きく依存していた。すなわち、pHが低くなるほど(酸性雰囲気)メタノールのCOへの酸化が抑制され、またpHが高い時も(アルカリ雰囲気)、酸性雰囲気と同様にメタノールのCOへの酸化が抑制された。ポリエチレンやn-ヘキサデカンといった重質炭化水素を超臨界水中で部分酸化させ、効率良く水素を回収するためにはまず前駆体となるCOに部分酸化し、その後水性ガスシフト反応により水素にする手法が有力となるが、メタノールの知見から、アルカリ雰囲気が望ましいことになる。したがってここでは、水酸化ナトリウムを添加した実験と固体塩基触媒として研究代表者がその有用性を確認しているジルコニアを添加して、水素の生成量に着目して検討した。その結果、いずれの塩基触媒においても超臨界水中で部分酸化させることで、水素を高い収率で生成できることを明らかにした。(2)リグニンの部分酸化反応のイオン的作用によるコントロールこれからの社会は循環型であることが望ましく、今後のエネルギーや化学原料資源として有限時間内で再生可能な木質バイオマスの利用が必要不可欠である。木質バイオマスの構成成分で軽質化・化学原料化が困難なものがリグニンであり、ここではこのリグニンからの水素回収法として上記の方法を適用した。その結果、炭化水素の部分酸化同様にいずれの塩基触媒においても超臨界水中で部分酸化させることで、水素を高い収率で生成できることを明らかにした。