マイクロ波化学プロセス技術II

Microwave-assisted Chemical Process Technology Ⅱ

【第1編　現状と展望】
第1章　研究・技術開発の現状と将来展望　和田雄二
1　はじめに
2　文献・情報の動向
3　本書の構成と各項目に対応する分野の進展と変化
4　学会の状況
5　将来展望

第2章　最近のトピックス(周波数効果)　堀越智
1　はじめに
2　実験装置
3　化学反応における周波数効果の特徴
3.1　有機溶媒に対する周波数効果
3.2　異なる周波数における溶媒の誘電因子
4　周波数効果を利用したモデル有機合成
4.1　5.8 GHzの有利な反応1:Diels-Alder反応
4.2　5.8 GHzの有利な反応2:イオン液体の合成
4.3　5.8 GHzの有利な反応3:ホットスポットの制御
4.4　915 MHzの有利な反応1:ジェミニ型界面活性剤の合成
4.5　915 MHzの有利な反応2:溶存酸素の脱気効果
5　おわりに

第3章　メタマテリアル(メタケミストリー)　堀越智
1　メタマテリアル
2　メタマテリアルの歴史的背景と原理
3　透明マント(クローキング)
4　メタケミストリー(Metachemistry)
5　マイクロ波化学とメタマテリアル
6　メタマテリアルの問題点
7　おわりに

第4章　実用化への道　竹内和彦、長畑律子
1　はじめに
2　論文などの実験再現性がない?
2.1　電子レンジを用いた場合
2.2　マイクロ波合成装置
3　本当に省エネ効果はあるのか?
4　実用プラントへスケールアップできるのか?　実用化例が少なく不安?

第5章　化学企業のマイクロ波化学の開発　河野巧
1　はじめに
2　マイクロ波のバルク化学品プロセスへの適用について
2.1　乾燥プロセスの実用化事例
2.2　吸脱着プロセスの開発事例
2.3　固液反応プロセスの開発事例(バイオマスの液化)
2.4　今後の展望について
3　マイクロ波を用いた高付加価値材料の創製(ファインプロセスへの適用)について
3.1　電子材料用のナノ粒子材料の創出
3.2　今後の展望について
4　まとめ

【第2編　理論・物性評価・装置】
第1章　マイクロ波化学における特殊効果　和田雄二
1　はじめに
2　“マイクロ波特殊効果”
3　確実に観測されるマイクロ波の熱的効果
3.1　無機ナノ粒子合成における迅速加熱・内部加熱・均一加熱
3.2　ナノ粒子系内均一発生の確認
3.3　物質選択加熱によるマルチ元素ハイブリッドナノ粒子精密合成
4　マイクロ波特殊効果としての“非平衡局所加熱現象”
4.1　固体表面上の非平衡局所加熱
5　非平衡局所加熱によるマイクロ波特殊効果
5.1　固液反応で起こる化学反応促進効果
5.2　気固反応で起こる化学反応促進効果
6　電子移動反応に対する促進効果
7　さらに提案されつつある“マイクロ波非熱的効果”

第2章　電磁波理論によるマイクロ波と物質との相互作用―マイクロ波化学反応機構の構築への序章―　佐藤啓、和田雄二
1　はじめに
2　電磁場の基礎理論と振動子モデル
2.1　電磁波
2.2　物質の分極P
2.3　振動子モデル
2.4　誘電体のエネルギー吸収
2.5　物質の磁化
2.6　強磁性体
3　マイクロ波と化学反応
3.1　平衡系から非平衡系へ
4　マイクロ波と物質の内部構造との相互作用
4.1　非熱効果の可能性
5　おわりに
6　補足説明

第3章　マイクロ波による物質加熱の物理機構　田中基彦
1　マイクロ波による加熱の背景
2　磁性体のマイクロ波加熱の機構
2.1　磁鉄鉱の加熱機構
2.2　加熱の温度依存性
2.3　加熱の周波数依存性
2.4　静磁場への依存性
3　金属粉体のマイクロ波加熱の機構
3.1　最適加熱半径、実効媒質
4　マイクロ波・遠赤外電磁波による水の加熱機構

第4章　シミュレーション・可視化技術　滝沢力
1　はじめに
2　サーモグラフィー(thermography)
2.1　サーモグラフィーとは
2.2　サーモグラフィーによる観察例
2.2.1　恒温槽加熱
2.2.2　電子レンジ加熱
2.2.3　電子レンジによるヒートウォール加熱
3　シミュレータによる可視化
3.1　シミュレータとは
3.2　シミュレータによる解析例
3.2.1　サーモグラフィーによる観察
3.2.2　シミュレーション
4　感熱ゲル
5　光電界センサー
6　簡易空間可視化センサー
7　まとめ

第5章　誘電特性・透磁特性の測定　二川佳央
1　はじめに
2　各測定方法の概要
2.1　平行金属板法
2.2　線路法
2.2.1　先端短絡法による誘電率の測定
2.2.2　先端短絡および開放法による誘電率、透磁率の測定
2.2.3　Sパラメータ法
2.3　共振器法
2.3.1　空洞共振器法
2.3.2　誘電体共振器法
2.3.3　ストリップライン共振器法
2.4　自由空間法
3　誘電特性・透磁特性の動的測定
3.1　動的測定方法の概要
3.2　摂動法による測定
3.2.1　摂動法
3.2.2　実験
4　結果
5　まとめ

第6章　マイクロ波帯での各種固体、粉体および液体の複素誘電率、透磁率測定　福島英沖、近藤勇太
1　はじめに
2　測定方法
3　測定結果
3.1　固体の複素誘電率
3.2　粉体の複素誘電率、透磁率
3.3　液体の複素誘電率
4　まとめ

第7章　液相の誘電率測定・周波数効果　佐野三郎
1　はじめに
2　同軸プローブ法
3　低温での水溶液の誘電率測定
4　まとめ

第8章　半導体式マイクロ波電源および反応装置　吉田睦
1　はじめに
2　半導体式マイクロ波電源
3　半導体式マイクロ波電源の製品例
4　半導体式マイクロ波電源の特徴
5　半導体式マイクロ波電源の大電力化
6　波動と共振器
7　反応容器へのエネルギー効率
8　半導体式マイクロ波電源と反応
9　製品使用例
10　まとめ

第9章 新しいマイクロ波反応装置の設計および各種合成反応などへの応用　西岡将輝
1　はじめに
2　シングルモードの利用について
3　矩形導波管を用いたシングルモードマイクロ波反応器
4　円筒型キャビティによるシングルモードマイクロ波リアクター
5　誘電率変化と共振周波数
6　発振周波数制御による均一マイクロ波制御
7　気相反応への応用
8　液相反応への応用
9　反応場センシング
10　おわりに

【第3編　有機・高分子合成】
第1章　マイクロ波有機合成化学　小島秀子
1　はじめに
2　マイクロ波の非熱的効果
3　水中でのマイクロ波合成
4　ラジカル反応
5　医薬品合成への応用
6　スケールアップ

第2章　マイクロ波有機金属化学　安田誠、馬場章夫
1　はじめに
2　有機金属試薬の発生
3　有機ケイ素化合物の反応
4　有機ホウ素化合物の反応(鈴木-宮浦カップリング)
5　有機スズ化合物の反応
6　有機亜鉛化合物の反応(根岸カップリング)
7　オレフィンメタセシス
8　縮合型炭素-炭素結合形成反応
9　反応の大スケール化
10　今後の展望

第3章　マイクロ波高分子合成　長畑律子、中村考志、竹内和彦
1　はじめに
2　ラジカル重合
3　逐次重合
4　その他の応用
5　おわりに

第4章　マイクロ波化学のバイオテクノロジーへの応用　吉村武朗、大内将吉
1　はじめに
2　マイクロ波照射下での酵素反応
3　酵素反応における反応基質、溶媒ならびに蛋白質立体構造とマイクロ波照射の関係
4　マイクロ波化学によるプロテオミクス解析の高速化技術
5　マイクロ波促進遺伝子増幅反応、PCRとRCA
6　マイクロ波照射下での微生物の滅菌と培養
7　微生物の細胞破砕と蛋白質回収技術としてのマイクロ波照射
8　おわりに

第5章　マイクロ波の特殊効果を利用したバイオマスの有効利用　東順一
1　はじめに
2　マイクロ波の特殊効果
3　外部加熱に対するマイクロ波加熱の優位性
3.1　マイクロ波加熱法と水蒸気爆砕法との比較
3.2　マイクロ波加熱法と誘導加熱法との比較
4　マイクロ波吸収材を利用した生物系資源の分解
4.1　活性炭の利用
4.2　イオン成分の利用
5　マイクロ波の特殊効果を期待した生物系資源の分解
6　マイクロ波の迅速加熱の特徴を活かした有用成分の抽出
7　まとめ

【第4編　無機・金属合成】
第1章　非平衡反応場を利用したメゾスコピック組織形成と材料創製　滝澤博胤、福島潤
1　はじめに
2　マイクロ波照射下における化学反応
2.1 選択加熱による非平衡物質拡散
3　マイクロ波照射による物質の形態制御
3.1　マイクロ波照射によるメゾスコピック組織形成
3.2　SnO2-TiO2系
3.3　ZnO-FeOx系
3.4　マイクロ波照射によるアモルファス組織形成
4　おわりに

第2章　マイクロ波加熱利用による環境・材料技術　吉川昇
1　緒言
2　新規マイクロ波加熱プロセスに関する基礎研究
2.1　酸化物の誘電率温度依存性と急速加熱
2.2　電場/磁場分離加熱
2.3　強磁性共鳴(FMR)加熱
3　新規マイクロ波加熱プロセスの応用に関する研究
3.1　製鋼副産物(Cr含有スラグ、ステンレス酸洗スラッジ)からの有価金属の回収
3.2　金属薄膜のマイクロ波磁場加熱による迅速熱処理
4　結論

第3章　製鉄スラグ・耐火物のリサイクル/高付加価値化　森田一樹
1　はじめに
2　マイクロ波―水熱反応による高炉スラグの改質
3　製鋼スラグの加熱挙動と資源回収
4　MgO系廃棄耐火物の資源化
5　おわりに

第4章　マイクロ波加熱を用いたカーボンナノチューブの合成　高木泰史、太田朝裕、清水政宏、太田和親
1　序
2　実験
2.1　装置
2.2　合成(一般的な合成法)
2.3　物性測定
3　結果と考察
3.1　反応温度と時間
3.1.1　収率
3.1.2　TEM写真
3.1.3　ラマンスペクトル
3.1.4　X線回折
3.2　最適触媒量
3.3　CNTの大量合成
4　結論

第5章　マイクロ波照射下の結晶成長とナノ粒子合成　辻正治
1　はじめに
2　マイクロ波-ポリオール法による金ナノ微結晶の合成
3　マイクロ波加熱による十面体、二十面体金・銀コア・シェルナノ微結晶の合成と成長機構
4　おわりに

第6章　銑鉄の製造　永田和宏
1　現代鉄鋼生産の課題
2　マイクロ波加熱による銑鉄の製造
2.1　電子レンジで鉄を作る
2.2　炭材内装ペレットのマイクロ波加熱
2.3　マルチモード型マイクロ波加熱炉による連続製銑法の開発
2.4　マイクロ波集中型加熱炉による連続製銑法の開発
2.5　マイクロ波製鉄炉の大型化
3　マグネタイトとグラファイトの発熱機構
3.1　マイクロ波帯域における誘電率と透磁率の高温測定
3.2　酸化鉄の複素誘電率および透磁率
3.3　炭材の誘電率

【第5編　マイクロ波プラズマ化学】
第1章　マイクロ波プラズマの応用　尾上薫、福岡大輔
1　はじめに
2　マイクロ波プラズマ反応における3つの反応場の特徴と活用法
3　プラズマ-気相系反応への応用―メタンのスチームリフォーミング―
4　プラズマ-固相系反応への応用
4.1　固相の改質―メタンプラズマを用いた浸炭技術―
4.2　固相触媒の調製―酸化チタン光触媒の調製―
4.3　固相の分解―C-H系プラスチックのケミカルリサイクル―
4.4　気相プラズマ-固相触媒反応―メタンからのエチレンの合成―
5　おわりに

第2章　マイクロ波液中プラズマの応用　成島隆、菅育正、米澤徹
1　はじめに
2　マイクロ波液中プラズマの発生原理
3　マイクロ波液中プラズマを用いた材料の合成
3.1　無機ナノ粒子
3.2　カーボン材料

【第6編　環境・エネルギー】
第1章　バイオマス分解・燃料化　三谷友彦、渡辺隆司
1　はじめに
2　バイオマス分解におけるマイクロ波の有効性
3　マイクロ波によるバイオマスの熱分解
4　木質バイオマスマイクロ波前処理装置の研究開発
4.1　装置の概要
4.2　被加熱物の誘電率測定
4.3　3次元電磁界シミュレータを用いた装置設計
4.4　プロトタイプ製作および実測評価
5　マイクロ波化学プロセスの量産化に対する方向性

第2章　マイクロ波化学プロセスのスケールアップと事業化　吉野巌、塚原保徳
1　はじめに
2　マイクロ波と固体触媒を用いた革新的反応系構築
3　マイクロ波化学反応装置スケールアップ
4　マイクロ波化学プロセス制御システム
5　マイクロ波化学プロセスを用いた化成品製造
6　バイオディーゼル・事業化への取り組みと課題
7　マイクロ波化学プロセスの展開
7.1　グリーンケミカル(脂肪酸エステル)の合成
7.2　機能性化学品の合成
7.3　油分・有効成分のマイクロ波抽出
8　おわりに

第3章　プラスチックの解重合・リサイクル技術　池永和敏
1　はじめに
2　廃PETおよび廃FRPの解重合技術の現状
3　マイクロ波を利用する廃PETの化学分解法
4　マイクロ波を利用する廃GFRPの解重合
5　まとめ

第4章　環境汚染物質浄化技術　天野耕治
1　はじめに
2　マイクロ波を用いた環境汚染物質浄化技術
2.1　土壌浄化への適用
2.2　大気汚染物質浄化
2.3　水処理への適用
3　絶縁油無害化への適用
3.1　PCBの物性と用途
3.2　マイクロ波と触媒の組合せによるPCB無害化処理技術
3.3　装置構成と反応成績
3.4　化学反応式
3.5　反応速度の定式化と応用例
3.6　マイクロ波効果のメカニズム解明
4　まとめ