資源循環プロセス学講座

Sustainable Recycle Process

環境グリーンプロセス学分野

Environmental Green Process Study

環境調和型化学プロセスの開発
Green Process Development

教授 スミス・リチャード

教授 渡邉 賢Professor

Professor（工学研究科・兼任）

Smith Richard Lee Jr.

我々が持続可能な生活を送るために必要となるエネルギーの全ては、地球に降り注ぐ太陽エネルギーによって賄うことができる。水と二酸化炭素を使って、地球環境に優しくクリーンな化学プロセスを開発することは可能である。圧力と温度を制御することで水と二酸化炭素は有機溶媒に近い性質を発現できるため、プロセスの高効率化や環境負荷の軽減を達成することが可能となる。私たちの研究室では、環境調和型溶媒である「水」「CO2」「イオン液体」を研究の中心に据え、バイオマス変換、材料合成、廃棄物のリサイクル、合成化学、高分子加工及び分離プロセスを研究しています。また、化学工学的な視点から、プロセスの高効率化に向けた基礎物性の測定やモデル化などにも取り組んでいます。
Solar energy provides all the energy that our society needs for sustainable living. Water and carbon dioxide can be used to develop chemical processes thatare clean and friendly to our environment. In the supercritical state, both water and carbon dioxide can be made to mimic the properties of many organic
liquids that provide both performance and advantages and environmental benefits. With these solvents, our laboratory studies biomass conversion, materialsynthesis, waste recycling, synthetic chemistry, polymer processing and separation processes.

助教 郭 海心

Masaru Watanabe

Assistant Professor

Haixin Guo

合成化学、高分子加工がある。例えば当研究室では、イオン液体と超臨界 CO2 を用いたセルロース系バイオマス（セルロース、ヘミセルロース、リグニン）の反応・分離プロセス（Fig.3）を検討している．
イオン液体にバイオマスを溶解・反応させ、温度・圧力を操作することで超臨界 CO2 の物性を操作し、選択的に反応生成物の反応・分離を行うものである。イオン液体は蒸気圧が極めて低いため大気への飛散の恐れが小さく、環境調和型プロセスとして期待される。
当研究室では、主に環境調和型の溶媒を用いた化学システムおよび研究は、世界中の大学等との共同研究としても行っている。

Our laboratory conducts research and development of chemical systems
and chemical processes mainly using environmentally friendly solvents
such as supercritical fluids, especially carbon dioxide and water. Our
research topics are reforming of biomass, plastics, hydrocarbons, andheavy oil in high-temperature and high-pressure water, synthesis of fineinorganic oxide particles by hydrothermal synthesis, and development ofhydrogen storage in clathrate hydrates. We now collaborate withresearchers around the world.

2017 年の活動（国内）Activities in 2018 (Overseas)

化学プロセスの開発に関して研究を進めている。その多くが超臨界流体、特に超臨界 CO2 と超臨界水の特長を利用するものである。具体

太陽エネルギーにより、年間 950 億トンの炭素循環が可能となる。
このエネルギーのうちわずか 10％を利用するだけで、人類は自然と調和した持続可能な生活を送ることができる。水と二酸化炭素、特にそれらの超臨界状態を利用することで、低環境かつクリーンな化学プロセスを構築できる (Fig.1)。
水と二酸化炭素（CO2）は、超臨界状態において有機溶媒に近い性質を持ち、操作性と環境調和性の双方に優れた溶媒となる (Fig.2)。
化学プロセスの例としてバイオマス分解、材料合成、廃棄物リサイクル、The energy from the sun can drive 95 billion tons of carbon a year. Using
only 10% of this solar energy, we can live a sustainable life in harmony
with nature. Both water and carbon dioxide, especially in the supercriticalstate, can be used to develop chemical processes that are clean and friendly
to our environment (Fig.1).
Supercritical water and carbon dioxide (CO2) have properties close to
those of organic solvents, which are excellent in both operability andenvironmentally friendly (Fig.2). Such chemical processes include
biomass conversion, material synthesis, waste recycling, synthetic

的には、高温高圧水中でのバイオマス・プラスチック・炭化水素・重質油の改質反応、水熱合成による無機複合酸化物微粒子の合成、ハイドレート形成を利用した効率的水素貯蔵システムがある。これらの化学工学会 第 83 回年会、大阪

5月

石油学会第 61 回年会、東京

8月

第 27 回日本エネルギー学会大会、東京

12 月

中国科学院、Dr. Chen Lin ( 研究室訪問 )12 月

University of Bordeaux, Prof. Sakir Amiroudine and48 Coexistence Activity Report 2018

Fig.3 Green Chemical Process

Goal!

Try!

[1] Li, H., Smith, R.L., Solvent take control, Nature Catalysis, 2018, 1, 176-177.
[2] Guo, H., Duereh, A., Hiraga, Y., Qi, X., Smith, R.L.,
Mechanism of Glucose Conversion into 5-Ethoxymethylfurfural in Ethanol withHydrogen Sulfate Ionic Liquid Additives and a Lewis Acid Catalyst, Energy and Fuels,
2018, 32, 8411-8419.
[3] Duereh, A., Guo, H., Honma, T., Hiraga, Y., Sato, Y., Smith, R.L., Inomata, H.,
Solvent Polarity of Cyclic Ketone (Cyclopentanone, Cyclohexanone): Alcohol(Methanol, Ethanol) Renewable Mixed-Solvent Systems for Applications inPharmaceutical and Chemical Processing, Ind. Eng. Chem. Res., 2018, 57, 7331-7344.
[4] Duereh, A., Sato, Y., Smith, R.L., Honma, T., Correspondence between SpectralDerived and Viscosity-Derived Local Composition in Binary Liquid Mixtures Having
Specific Interactions with Preferential Solvation Theory, J. Phys. Chem. B., 2018, 122,10894-10906.
[5] Guo, H., Hiraga, Y., Qi, X., Smith, R.L., Hydrogen gas-free processes for single-step
preparation of transition-metal bifunctional catalysts and one-pot γ-valerolactone
synthesis in supercritical CO2-ionic liquid systems, J. Supercit. Fludis, in press.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

Fig.1 Development of Sustainable Products and Systems.

Publications

先端環境創成学専攻

August 6th International solvothermal and Hydrothermal Association Conference(ISHA2018),Sendai
September 8th International Symposium on Molecular Thermodynamics andMolecular Simulation, Narashino
November Nanjing Agricultural University, Prof. Fang Zhen, Nanjing, China

3月

Assistant professor Arnaud Erriguible ( 研究室訪問 )Fig.2 Supercritical Fluids

chemistry, and polymer processing. For example, our laboratory studies
the reaction and separation process of cellulose-based biomass (cellulose,hemicellulose, and lignin) using supercritical CO2 combined with ionicliquids (Fig.3). The reaction and separation of biomass dissolved in ionicliquids can be controlled by manipulating physical properties ofsupercritical CO2 using temperature and pressure. Ionic liquids can beeasily separated and recovered after the reaction due to their extremely
low vapor pressure, and therefore they are attractive as alternativeenvironmentally friendly solvents.

Learn!
Coexistence Activity Report 201849