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【特集】マイクロ波プロセスによる新機能材料創成と環境対応技術

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特集にあたって
Introduction

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マイクロ波化学プロセスのデザイン
Design of Microwave Chemical Process

　第3のエネルギー伝達手段としてのマイクロ波を化学産業に展開すべく,実績としてのマザー工場,インフラとしての実証設備,様々な分野の人材を揃えてきた。本稿では,マイクロ波化学工場設計に必要な,マイクロ波反応系の構築とマイクロ波反応器設計の基礎部分,そしてマイクロ波化学のターゲットを紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. マイクロ波一般
3. マイクロ波反応系の構築
4. マイクロ波反応器設計
5. 最後に

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マイクロ波を用いた機能セラミックス合成
Synthesis of Functional Ceramics by Microwave Irradiation

　本稿では,マイクロ波照射による大気中での窒化チタンの合成と,マイクロ波炭素熱還元法による窒化アルミニウムの低温・短時間合成について紹介する。気相の関与する窒化物セラミックス合成分野においてもマイクロ波プロセッシングは非常に有用であり,応用のみならず,新しい学理の展開も期待される。

【目次】
1. はじめに
2. 窒化チタンコーティング膜の作製と応用
　2.1　窒化コーティングについて
　2.2　マイクロ波照射による窒化コーティング法
　2.3　まとめ
3. 炭素熱還元窒化法による窒化アルミニウムの低温・短時間合成
　3.1　窒化アルミニウム合成について
　3.2　マイクロ波照射による窒化アルミニウムの合成
4. おわりに

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マイクロ波加熱を用いた植物由来の機能性物質のグリーンな抽出技術
Green Extraction of Functional Chemicals from Plants Using Microwave Heating

　植物由来の天然化合物は機能性の宝庫である。植物から機能性化合物を抽出するプロセスは,水や有機溶媒,水蒸気などの抽出媒体を大量に消費する。マイクロ波加熱を用いることにより,植物試料に含まれる水や抽出する目的化合物自身を選択的に加熱し,植物体からの抽出を促進することができ,グリーンな抽出技術として注目される。

【目次】
1. はじめに
2. マイクロ波抽出システム
　2.1　マイクロ波装置
　2.2　マイクロ波抽出条件
　2.3　被加熱物の誘電特性
3. マイクロ波抽出事例
　3.1　マイクロ波水蒸気蒸留
　3.2　マイクロ波溶媒抽出
　3.2.1　海藻からの多糖の波抽出
　3.2.2　柑橘果皮からのフラボノイドの抽出
4. おわりに

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マイクロ波化学による新規発光材料の開発
Development of New Phosforous Metal Complexes by Microwave Chemistry

　重元素の錯体はリン光発光材料として重要であるが,合成に多くのエネルギーを要し,長時間合成が必要である。一方,マイクロ波の誘電加熱は,誘電損失による発熱現象を基本としており,白金族錯体の合成効率を高め,反応時間の短縮が著しい。本稿では,発光錯体のマイクロ波合成と装置開発について述べる。

【目次】
1. 発光錯体の重要性
2. リン発光錯体とその用途
3. 発光錯体の用途
4. 白金錯体合成の困難性
5. マイクロ波化学と白金族錯体のマイクロ波合成
6. マイクロ波反応装置の開発

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環境対応マイクロ波熱触媒プロセスの密度汎関数理論解析
Microwave Thermal Catalysis and Molecular Modeling by Density Functional Theory

　MW熱触媒作用は,反応基質のMWの吸収・発熱に基づく熱・アップコンバージョン(MW-Thermo-Upconversion)による迅速加熱と速度制御反応の推進にある。電磁波吸収によるアルコール類の発熱を,DFTによる反応遷移状態の分子モデリング(DFT/MM)で求めた遠赤外吸収スペクトル(DFT-FIR)解析によりMW-Thermo-Upconversionを検証し,MW駆動の迅速反応3例とMW誘導ラジカル関与反応2例のDFT/MMに展開・解説した。

【目次】
1. はじめに
2. 電磁波吸収による熱変換メカニズムのDFT/MMによる確証“Thermo-Upconversion”
3. MW駆動の迅速反応プロセス
　3.1　ルテニウム金属錯体の迅速合成(松村マイクロ波遷移金属錯体合成)
　3.2　迅速MW-Claisen 転位合成
　3.3　白金担持活性炭(Pt/C)を触媒とする迅速脱塩素化反応
4. MW誘導ラジカル関与反応“MW-Non-Thermal Effect”
　4.1　環境対応クロロメタンガス製造“Dow-CPI Process”
　4.2　ダイオキシン対応集塵装置の検証
5. 今後の展開

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マイクロ波環境浄化技術
Microwave Environmental Purification Technology

　環境浄化技術分野におけるマイクロ波の利用事例を,土壌,水質,気相の環境改善(浄化)や,放射能汚染物質処理に分けて解説する。また,電磁波的効果(非熱的効果)を,マイクロ波光触媒環境浄化法やマイクロ波励起無電極ランプを例に説明する。

【目次】
1. はじめに
2. 熱的効果
　2.1　土壌
　2.2　水質
　2.3　気相
　2.4　放射能汚染物質
　2.5　廃棄物処理と貴金属回収
3. 電磁波的効果(非熱的効果)
　3.1　光触媒
　3.2　マイクロ波励起無電極ランプ
4. 最後に

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マイクロ波による木質バイオマスのバイオエタノール・有用化学品原料への変換
Conversion of Woody Biomass to Bioethanol and Useful Chemicals by Microwave Processing

　地球温暖化が深刻化するにしたがい,唯一の再生可能資源であるバイオマスからバイオ燃料や化学品・機能性材料を製造するバイオリファイナリーの確立が急がれている。本稿では,マイクロ波リグニン分解反応を利用して,木質バイオマスをラボスケールからベンチプラントスケールでバイオエタノールや化学品原料に変換する取り組みを紹介する。

【目次】
1. バイオマス処理用ベンチスケールマイクロ波照射装置
2. ユーカリ材からのベンチスケールバイオエタノール生産
3. 建築廃材からのベンチスケールバイオエタノール生産
4. リグニンからの化学品生産

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マイクロ波加熱による環境調和型製鉄法の開発
Microwave Steel Making for Sustainable Society

　鉄鋼業は近代社会を支える基盤産業であり,そのエネルギー源は石炭を出発原料とする炭素の燃焼である。炭素の燃焼に代わるエネルギー供給のツールとして,マイクロ波を用いた製鉄法がマイクロ波製鉄である。マイクロ波エネルギーを有効に利用することで,鉄還元反応の低温化,低不純物が達成でき,劣質鉱石の利用が可能となる。

【目次】
1. はじめに
2. マイクロ波製鉄の原理
3. 金属精錬におけるマイクロ波エネルギー伝送法

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[ Material Report -R&D- ]

CF タイトの開発
Development of CF-TITE

　軽量化や省エネ,低燃費化をテーマにCFRPの開発・活用が増加している。現在主流となっているCFRPへの締結・接合方法においては,それぞれに作業性,強度,耐久性,部品点数などに関わる問題があることから,こうした問題を解決すべく,CFRPへのセルフタッピング締結を実現するセルフタッピンねじ「CFタイト」を開発した。

【目次】
1. はじめに
2. CFRPについて
　2.1　CFRPの市場動向
　2.2　CFRPの製造方法
3. CFタイトの開発
　3.1　CFRP板へのセルフタッピング締結の問題点
　3.2　薄い板に安定してねじ込めるねじ形状
　3.3　CFRPへのダメージを軽減するねじ山形状
4. CFタイトのねじ込み性能検証
　4.1　ねじ込み破壊試験
　4.2　ねじ込み・戻し繰り返し試験
5. CFRP板の層間剥離の検証
　5.1　試験方法
　5.2　層間剥離確認試験
6. まとめ
7. 今後の課題
8. おわりに

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IoT時代のセキュリティ対策―繋がる時代に求められる安心・安全―(2)

IoTでヒューマンエラーを防ぐ
Concepts of IoT Application to Prevent Human Error

　多数の機器が繋がり新しい価値を創出することが期待されるIoTは,その健全な発展のために適切なセキュリティが必要であろうことは明らかであるが,その勘所は何であるかを考察する。

【目次】
1. はじめに
2. 人間と機械の役割分担
3. ヒューマンエラー対策への原理
　3.1　事故の構造
　3.2　ヒューマンエラーを防ぐのは異常検知力
4. IoTと機械学習によるヒューマンエラー対策への展望
　4.1　ヒューマンエラー対策にIoTの果たす役割
　4.2　機械学習の現状
　4.3　「データは公共財」という発想
5. まとめ