ミクロポーラスカーボンを原料としたカーボン固体酸の合成とその酸触媒活性

以微孔碳为原料的碳固体酸的合成及其酸催化活性

• 批准号: 12J06020
• 负责人: 福原 紀一
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J06020/
• 关键词: ATR-IR; バイオマス変換; in-situ観察; カーボン固体酸; ミクロポーラスカーボン; 固体酸触媒; ベックマン転移反応; エステル交換反応

昨年度の研究では、合成したミクロボーラスカーボン触媒がバイオディーゼル合成に有用なエステル交換反応に有効であることが分かった。そのためそのメカニズム分析として、特に分光学的手法を用い、その反応のその場観察(in-situ観察)と、そのシステムの立ち上げを行うことを本年度の目的とした。このため、同手法に長けているユトレヒト大学、Prof. B. M. Weckhuysenのグループにて研究を行った。同グループはバイオマス変換反応の構築を大規模に行っている。中でも私が担当した仕事はATR-IRという装置を使い、バイオマスの分解反応を「その場観察」により追跡するものである。当該装置にて行う実験の「モデル反応」としてはリグニンを用いた。リグニンとは地球上で最も豊富なバイオポリマーの一つであり芳香族化合物を多く含んでいるために石油代替資源として有望視されているが、その構造は大変複雑であり分解生成物も多種多様に及ぶ。この分解反応過程をATR-IRにて逐一観察することが、どのような機構で反応が進行をしているのかを解明する一つの手がかりとなる。この装置を用いることでリグニンのみならずバイオディーゼル、各種化学製品の原料物質となる5-hydroxy-methylfurfural (HMF)の変換反応などの解析に応用できることが期待されるからである。実際、この9か月の滞在で完遂できた仕事としてはモデル反応の構築のみであるがリグニンという巨大ポリマーの構造を司るある重要な結合(β-O-4結合と呼ばれる)をこの分光装置で見ることが出来き、それが分解反応の過程で減少していくことが観察された。また、リグニンでは複雑すぎ、実際の所多くのシグナルが混在しているため、観察をさらにシンプル化するために「モデル化合物」という非常に簡単な構造をした、しかしながらβ-O-4結合を有する芳香族二量体化合物の分解反応も同装置で観察を行った。やはり反応中に同結合の分解が見られ、さらに反応後に溶液中の内容物を分析したところ、出発物質は残っておらず分解生成物のみが観察されたことからもこの反応のin-situ観察はうまく機能したと言える。本来の予定ではバイオディーゼル合成における液相中の反応メカニズム観察も行う予定であったがそこまでは達成できなかった。

Yesterday's annual の research で は, synthetic し た ミ ク ロ ボ ー ラ ス カ ー ボ ン catalyst が バ イ オ デ ィ ー ゼ ル useful synthetic に な エ ス テ ル exchange the 応 に have sharper で あ る こ と が points か っ た. そ の た め そ の メ カ ニ ズ ム analysis と し て, に spectroscopy technique を い, そ の anti 応 の そ 観 の field was found (in - situ 観) と, そ の シ ス テ ム の stand on ち げ を line う こ と を の purpose this year と し た. こ の た め, long with technique に け て い る ユ ト レ ヒ ト university, initial b. m. Weckhuysen の グ ル ー プ に を line っ て research た. With グ ル ー プ は バ イ オ マ ス variations in the 応 の build を mass line に っ て い る. In で も private が bear し た matter は ATR - IR と い う device を make い, バ イ オ マ ス の decomposition against 応 を "そ の 観 examine" に よ り tracing す る も の で あ る. Line when the device に て う be 験 の "モ デ ル 応" と し て は リ グ ニ ン を with い た. リ グ ニ ン と は earth で も most aboundant な バ イ オ ポ リ マ ー の a つ で あ り を く more aromatic compounds containing ん で い る た め に oil instead of resources と し て is expected to see さ れ て い る が, そ の tectonic は large variations after 雑 で あ り decomposition products も many many others に and ぶ. こ の decomposition process of anti 応 を ATR - IR に て 観 individually to examine す る こ と が, ど の よ う な institutions で anti 応 が for を し て い る の か を interpret す る a つ の hand が か り と な る. を こ の device with い る こ と で リ グ ニ ン の み な ら ず バ イ オ デ ィ ー ゼ ル の, all kinds of chemical products raw material と な る 5 - hydroxy - methylfurfural results (の variations in the 応 な ど の parsing に 応 with で き る こ と が expect さ れ る か ら で あ る. Be international, こ の の か 9 month delay after で hence で き た shi matter と し て は モ デ ル anti 応 の build の み で あ る が リ グ ニ ン と い う huge ポ リ マ ー の tectonic を department る あ る important な combination (beta - O - 4 combining と shout ば れ る) を こ の spectroscopic device で see る こ と が き, そ れ が decomposition against 応 の reduce で し て い く こ と が 観 examine さ れ た. ま た, リ グ ニ ン で は complex 雑 す ぎ more than, the event be の く の シ グ ナ ル が mixed し て い る た め and examines 観 を さ ら に シ ン プ ル change す る た め に "モ デ ル compounds" と い う very に Jane 単 な tectonic を し た, し か し な が ら beta - O - 4 combining を す る aromatic 2 quantity body compounds の anti 応 も with device で 観 examine を line っ た. や は り against 応 に went in with combining の decomposition が ら れ, さ ら に に の content in the solution after the 応 を analysis し た と こ ろ, は 発 substance residual っ て お ら ず decomposition products の み が 観 examine さ れ た こ と か ら も こ の anti 応 の the in - situ 観 examine は う ま く function し た と said え る. の originally designated で は バ イ オ デ ィ ー ゼ ル synthetic に お け る の in liquid phase inverse 応 メ カ ニ ズ ム 観 examine も line う designated で あ っ た が そ こ ま で は reached で き な か っ た.

项目成果

ニトロ基を導入したスルホン化ミクロポーラスカーボンの酸触媒特性

引入硝基的磺化微孔碳的酸催化性能

• 发表时间: 2012
• 作者: 福原紀一;北野政明;中島清隆;林繁信;原亨和
• 通讯作者: 原亨和

On-line Monitoring of Lignin Liquid Phase Conversion Processes by In-situ ATR-IR Spectroscopy

原位 ATR-IR 光谱在线监测木质素液相转化过程

• 发表时间: 2014
• 作者: Kiichi Fukuhara;Robin Jastrzebski;Pieter C. A. Bruijnincx;Bert M. Weckhuysen
• 通讯作者: Bert M. Weckhuysen

Structural Characteristics and Acid Catalysis of SO_3H-Bearing Microporous Carbons

含SO_3H微孔碳的结构特征及酸催化作用

• 发表时间: 2012
• 作者: Fukuhara;K. ; Nakajima;K. ; Kitano;M. ; Hayashi;S. ; Hara;M.
• 通讯作者: M.

スルホン化したゼオライトテンプレートカーボンの構造解析と酸触媒特性

磺化沸石模板炭的结构分析及酸催化性能

• 发表时间: 2012
• 作者: 福原紀一;北野政明;中島清隆;林繁信;原亨和
• 通讯作者: 原亨和