多相系脱水縮合反応の高効率化・省エネ化に向けたイオン液体由来高分子触媒の開発

开发离子液体衍生的聚合物催化剂，以提高多相脱水缩合反应的效率和节能

• 批准号: 22K05207
• 负责人: 河野 雄樹
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05207/
• 关键词: イオン液体触媒; 溶解性制御; 脱水縮合反応; イオン液体; 相分離

エステル化に代表される脱水縮合反応は工業的に幅広く利用される一方、加水分解との平衡反応であるため、転化率向上には加熱等による水の除去が不可欠である。さらに、脂肪酸と多価アルコールなど、相互溶解度が低く相分離する反応原料を用いた多相系脱水縮合反応では、反応性の低さが顕著であり、200℃以上の高温条件で溶解度を高め反応を行う必要がある。本研究では、多相系脱水縮合反応プロセスの省エネ化に向け、イオン液体触媒の構造設計により反応原料の溶解性を制御し、反応効率向上を目指す。さらに、高活性が認められたイオン液体触媒を高分子化し、高活性を維持しつつ触媒回収も容易な不均一系触媒の開発を目指す。令和４年度は、オレイン酸(OA)とグリセロール(Gly)からの多相系脱水縮合反応を対象に、反応原料の溶解性制御について検討を進めた。まず、反応進行に伴う原料組成の変化を避けるため、触媒機能を持たない種々のイオン液体を用い、反応原料と混合した際の相分離挙動を調べた。イオン液体と反応原料との相分離挙動はカチオン・アニオン構造によって異なり、イオン液体がGly相に溶解する形態(A)、OA相に溶解する形態(B)、イオン液体が新たな相を形成する形態(C)に分類された。各相に溶解する化合物を分析した結果、形態(A)の場合、原料の相互溶解度に顕著な変化は見られなかったのに対し、形態(B)および(C)では原料の相互溶解度の上昇が認められた。具体的には、形態(B)ではOA相に溶解するGlyが上昇し、形態(C)では相分離したイオン液体相にOA・Gly双方が溶解した。この結果は、適切なイオン液体の混合により、反応原料の相互溶解度を向上できることを示している。

Water removal represents the process of dehydration, condensation, and industrial use, hydration, and equilibrium. In addition, fatty acids are highly soluble and have a low mutual solubility. Phase separation is required for the reaction of raw materials in multiphase systems. Dehydration condensation reaction is required for high solubility at temperatures above 200℃. In this study, the author aimed to improve the efficiency of heterogeneous dehydration and condensation reaction system by controlling the solubility of reaction raw materials and improving the structure design of liquid catalyst. In addition, the high activity of the liquid catalyst can be maintained, and the catalyst can be recovered easily. In 2004, the solubility control of raw materials for dehydration condensation reaction in multiphase system was discussed. In addition, the reaction process is accompanied by the adjustment of the composition of raw materials, the catalyst function, the use of liquid, the reaction of raw materials and the phase separation. The phase separation behavior of liquid and reaction raw materials is classified into different phases (A),(B) and (C). Analysis results of compounds dissolved in each phase, morphology (A), mutual solubility of raw materials, chemical reactions, morphology (B), and (C), mutual solubility of raw materials. Specifically, the morphology (B) is dissolved in the OA phase, and the morphology (C) is dissolved in the OA and Gly phases. The result is that the mixing of the appropriate liquids and the mutual solubility of the raw materials are increased.

项目成果

Design of ionic liquids for energy-efficient reaction-separation systems

节能反应分离系统离子液体的设计

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Kohno;Takashi Makino
• 通讯作者: Takashi Makino