【研究分野】熱工学

【研究領域課題番号】20560198 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

核生成 / 分子動力学 / 気相 / 液相 / 分子動力学シミュレーション / Lennard-Jones流体 / 水 / 硫酸

【研究成果の概要】

分子動力学シミュレーションを用いて気相からの液滴核生成および液相からの気泡核生成について研究を行った.気相からの液滴核生成については,水/硫酸および水/硫酸イオン/オキソニウムイオンについて計算を行い,核生成速度,液滴核の生成自由エネルギー,臨界核を見積もった.また,立方体のシードが入った系においても計算を行い,同様の解析を行った.液相からの気泡核生成については,2 種類の核生成速度の計算方法を提案し,最低限必要なシステムサイズを見いだした.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】触媒・化学プロセス

【研究領域課題番号】11450303 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

選択酸化 / 炭化水素 / 液相 / ケイタングステン酸 / 鉄 / メタン / 過酸化水素 / 水 / バナジウム / 反応機構 / ポリオキソメタレート / 合成

【研究成果の概要】

1.過酸化水素を酸化剤とする水溶液中での低級アルカンの選択的酸化反応
これまでの研究で、有機溶媒中の反応はすべてテトラブチルアンモニウムを対カチオンとして用いた。水溶液中での反応は、水溶性のカリウム塩を用いた。まず、メタン選択酸化反応生成物量の時間依存性を検討した。生成物として、メタノール、ギ酸、ギ酸メチル、二酸化炭素が観測された。選択酸化反応による主生成物はギ酸メチルであった。このように純粋な水を溶媒としたメタンの選択酸化反応の報告例はこれが初めてである。48時間後のターンオーバー数は23であり、反応が触媒的に進行していることが明らかとなった。
次に、メタン選択酸化反応生成物量の反応温度依存性を検討した。メタノール、ギ酸、ギ酸メチル、二酸化炭素の収量はいずれも353Kで最大となった。反応温度が403Kのとき選択酸化反応生成物及び二酸化炭素の収量が少ないのは、気相に生成した酸素が非常に多いことから、過酸化水素の分解により酸素が生成し、選択酸化反応が進行しなくなったためと推定される。実際、酸素を系に導入しても、選択酸化反応が進行しないことはこの推論を支持している。鉄の1、3置換体では選択酸化反応は進行せず、鉄二置換体のみメタンの選択酸化反応に対して活性を示した。この結果は、活性点に二核の鉄を有するメタンモノオキシゲナーゼの触媒機能を検討する上でも興味深い。
さらに、合成した鉄二置換体を用いて水を溶媒として低級アルカンの選択酸化反応を行った。メタンのみならずエタン、プロパン、n-ブタンいずれのアルカンも選択酸化された。主生成物はそれぞれギ酸メチル、酢酸、アセトン、メチルエチルケトンであった。過酸化水素の有効利用率は5-16%であった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1999 - 2001

【配分額】13,600千円 (直接経費: 13,600千円)