[Topic]温度操作で医療用医薬品を再結晶 Recrystallization of acetaminophen by tempering

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(文責:学部三回生YS)医薬品結晶の溶解性の改善は、生物学的利用能の強化に必要不可欠です。医薬活性成分であるアセトアミノフェン(ACM)の結晶には安定型のI型と準安定型のII型があります。準安定型のII型は、溶解性の改善だけでなく医薬製剤の特性としても有利です。一方、このII型は製造が難しいため、選択的な製造が重大な問題です。

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Topic【重合法の開発】「旋回」重合によるゲル・ビーズの製造 Production of gel beads by “circulation” polymerization

とくやま

【文責:学部生MI】感熱ポリ(N−イソプロピルアミド)ハイドロゲル(NIPAハイドロゲル)ビーズは反応や分離プロセスの応用があり、注目を集めている。当学科ではミリメートルサイズである単分散NIPAハイドロゲルビーズの調合に焦点を当て、「旋回」重合技術を提案しました(React. Funct. Polym.誌)。
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Topic【水処理】活性汚泥を減少させる方法. Method to decrease activated sludge.

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当学科から高圧噴射装置 (HPJD)を用いた微生物細胞の破壊と不溶性有機化合物の放出に関する論文が発表されました(Biochem. Eng. J.)。HPJDを用いた微生物細胞や有機化合物に対する処理は、活性汚泥を減少させる方法として注目されています。
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Topic【医薬品】特定温度プロファイルにおける多結晶構造体 Polymorphism in crystallization with temperature profile

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滝山研究室は、多結晶構造をもつインドメタシンの非溶媒添加晶析を用いた合成において、温度と添加方法が結晶構造に与える影響について調べました。
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Topic【材料プロセス】シリコン粒子の発光と「消光」速度論モデル Luminescence stability of silicon particles

稲澤研究室は、シリコンマイクロ粒子がどのような発光特性を示すかについての研究結果を発表しました。「狭い溝」による酸素輸送の遅れが、遅い製造プロセスを導く原因だと分かりました。微粒子の幅が狭く「深い溝」を形成することが、発光特性の安定性の改善に関与していることが分かりました。

シリコン粒子から半導体が作られたら、リチウムイオン電池や化学センサーの製造にも役に立ちます。

詳しくはChemical Engineering Science. [文責:学部2年生MK]

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Topic【材料プロセス】「カーボン」粒子があらゆる有機溶媒に分散. Dispersing “carbon” particles in water and various organic solvents

強い疎水性のため分子やバルク固体では水には分散しないと知られているが、神谷研究室は(通常疎水性である)「カーボンブラックCB」ナノ粒子を水中または溶媒中に分散させる方法として、ポリエチレンイミン(PEI)またはトルオイルポリエチレンイミン(T-PEI)を粒子表面に修飾しました。表面未修飾CBナノ粒子は、エタノールやトルエンといった有機溶媒に分散することなく、凝集し沈殿することが課題でした。しかし粒子表面にPEIまたはT-PEIを修飾すると、凝集せずに、分散安定性を示すことがわかりました。さらにポリエチレングリコール(PEG)をPEIまたはT-PEIの上に表面修飾させると、粒子はあらゆる有機溶媒で高い分散安定性を示すことが分かりました。この知見は粒子の特性を生かした機能性ナノ粒子のプロセス開発に役立つと期待されています。

詳しくはChemical Engineering Science をご覧ください。

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Topic【液体燃料用】Ni–Mo系触媒におけるステアリン酸メチルの脱酸素化の促進..Role of support in deoxygenation of methyl stearate over Ni–Mo catalysts

近年「環境に優しい燃料」やバイオディーゼルの主成分となるトリグリセリド由来の化学物質に対する関心が深まる中で、特にトリグリセリドの脱酸素化が必要になってきています。本研究は、これらの反応に対する新たな触媒の研究・開発に役立ちます。

銭研究室では、脱酸素化および水素付加による異性化の二つの機能を持つニッケル−モリブデン系触媒の中で、SAPO-11およびALSBA-15の2種類の多孔質を含有させたものについて、酸性度と細孔径の2つのパラメータが触媒機能に与える影響を、ステアリン酸メチルへの効果によって比較しました。その結果、ALSBA-15では、チャネル内の強い酸性度を持つ部位と大きな細孔径によって触媒反応が進行しているのに対し、SAPO-11は、選択的かつ高い効率で触媒反応を進行させるのに適切な酸性度および細孔径を有していることが分かりました。

詳しくは、Journal of Molecular Catalysis Aをご覧ください。

Reaction pathways for the isomerization of long chain paraffin over NiMo:SAPO-11 and NiMo:AlSBA-15 catalysts

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Topic【機能性樹脂】架橋材としてナノ粒子を用いた透明シリコーンシート, Transparent silicone polymer film with nanoparticles as cross-linking agents

神谷研究室は、シリコーンオリゴマー(メチルおよびメトキシ側鎖を含む)とSiO2ナノ粒子間の制御された反応により自立し、巻くことが可能な透明シリコーンポリマーフィルムを作るための処理ルートを開発しました。粒子はポリマーの架橋材として重要な役割を果たし、その結果7.8 MPa の引っ張り強度や1.0 GPa の高いヤング率や巻くことが可能。混合行程(粒子の分散性)はフィルムの特性を制御しました。詳しくはAdvanced Powder Technology。(APT Distinguished Paper Awardを受賞)

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Topic【温室効果ガス】新規非生物反応が亜酸化窒素の産生を増加させる…Novel abiotic reactions increase nitrous oxide production

細見・寺田研究室は、非生物ハイブリッド反応を組み込んだN2Oモデルを新たに開発しました。本研究では、中性付近のpHで発生するヒドロキシルアミンと亜硫酸との反応による非生物学的N2O生成をモデル化するために必要なパラメータを回収するために部分的硝化中に得られるバッチデータを分析しました。バッチデータ分析は、非生物学的N2Oの発生率は生物学的寄与よりも著しく高いこと及び、ヒドロキシルアミン濃度減少として非生物的プロセスからの相対的寄与が増加することを示しました。開発されたモデルは、亜硝酸が蓄積させられている部分的硝化システムからのN2O排出量推定値を大幅に改善することが期待されます。

詳しくはChemical Engineering Journalをご覧ください。第一著者は、米国空軍工科大学からの客員研究者。

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Topic【医薬品用途】「温度スイング」でゲルへの金属イオン吸着,Temperature-swing adsorption of metal ions onto gel (for medical/pharmaceutical)

ジメチルアミノエチルメタクリレート(DEMAEMA)ゲルは医療・医薬品用途(医薬品吸着、生体分子、遺伝子送達やインスリン放出など)において注目を集めています。

徳山研究室では、2−(ジメチルアミノ)エチルメタクリレート(DMAEMA)ゲルへの重金属イオンの温度スイング吸着(TSA)について研究されています。Cu(Ⅱ)とNi(Ⅱ)陽イオンに対しては不活性であるが、ゲル中のプロトン化アミノ基とアニオン性クロロ複合体間の静電相互作用の結果、HCl水溶液中においてゲルは貴金属(Pt(Ⅳ)、Au(Ⅲ)およびPd(Ⅱ))を吸着します。ゲルへのPt(Ⅳ)イオンの吸着量は、温度上昇に伴い直線的に減少します。

ゲルを対象にしたTSA技術は、貴金属の分離プロセスに使用できることによって、他の化学工業の分野にも応用が期待されます。詳しくはReactive and Functional Polymersをご覧ください。

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Topic【気/固の界面】表面の親水性レベルと気中からの微粒子の沈着挙動との関係。Particles from gas-phase go to hydrophilic sites

レンゴロ研究室では、気中に浮遊する帯電微粒子の沈着挙動と固体表面のあるサイトの親水性「程度・レベル」との関係を調べました。帯電微粒子は、高い親水性サイトに多く沈着することが明らかになりました。「負」に帯電した親水性サイトと「正」に帯電した微粒子との間の相互作用が、微粒子の沈着挙動において重要な役割を果たしていることが見いだされました。この研究は、大気環境中に浮遊する粒子(PM2.5等)を効率よく捕捉・固定化できる基板表面の設計のみならず半導体等の先端材料プロセスにおけるクリーン化とプロセスの高度化への応用が期待されます。

詳しくは、Journal of Aerosol Scienceをご覧ください。

Schematic diagrams showing the mechanism of particle deposition on the treated (T) and untreated (UT) substrates in the (a) presence and (b) absence of a dryer system based on silica gel beads

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Topic 【プロセス・システムの最適化】新規モデル同定法の提案 New model identification method

Image: denko-do.com
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山下研究室は伝達関数に基づくARX(Auto-Regressive with eXogenous)モデルのための新規モデル同定法を提案しました。この方法は、工業的な精製プラントにおけるMPCコントローラーの蒸留塔のメンテナンス問題に適用されました。その同定法はゼロ次ホールド(ZOH)を除いて、近似を行わないでARXモデルに変換されます。伝達関数のモデルパラメーターは直接推定されています。プロセス制御、特にMPCsのためのモデル同定は最高の性能に達するために重要です。しかし、モデル同定のためのステップテストは時間のかかる作業です。モデル同定技術はステップテストの時間を節約するのに必要不可欠であり、多変数システムのモデル同定法は時間の節約のために有用かつ有益です。ここで提案された方法は閉ループ同定法に適してます。

詳しくはControl Engineering Practice(Journal)をご覧ください。

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Topic 【エネルギー技術】流動層における二成分混合物の流体力学的挙動 Hydrodynamics of binary mixtures in fluidized bed

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循環流動層は、燃焼、ガス化、焼成など多くの産業プロセスにおいて広く利用されています。伏見研究室(と共同研究先:東大、弘前大、産総研、九大)では、種々の流動層のうち、三層結合型循環流動層(TBCFB)を石炭のガス化へ応用する技術について研究しています。石炭のガス化とは、二酸化炭素などの地球環境に悪影響を及ぼすガスの排出量を削減しつつ、石炭から燃料となるガスを得る技術です。
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Topic【環境技術】高圧噴射による活性汚泥低減. High-pressure jet for activated sludge reduction

細見・寺田研究室では、高圧噴射装置(HPJD)による新しい活性汚泥削減技術を開発しました。40%のばっ気槽混合液浮遊物(MLSS)を減少させる最適値を見つけました。 活性汚泥中の微生物の細胞はHPJDにより損傷し、損傷した細胞または細胞内化合物からの溶出成分は活性汚泥により生成分解されます。エネルギーとMLSSの減少に基づく、活性汚泥削減のコストと性能の評価は、HPJDは従来の技術に比べ費用効果は2倍であり、処理される原料の量は高圧均質化装置より3.2〜7.2倍高いことを示しました。

詳しくはBiochemical Engineering Journalをご覧ください。

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Topic【水素エネルギー社会】構造体触媒を担持したマイクロリアクター Catalyst-Structured Micro-Reactor

2桜井研究室は構造体触媒を担持したマイクロリアクターを発表しました。構造体触媒というのは触媒をマイクロ分割(MP)した触媒であり、触媒プレートに穴をあけてそれをひれ状に加工させたものです。反応におけるMP触媒の影響を調べるために、メタノールの水蒸気改質を行った結果、従来のプレート触媒より、MP触媒の方が高い反応率を示しました。ひれの方向性は反応率を向上させるために考慮する必要があるポイントです。

メタノール水蒸気改質は水素社会を実現可能なものとするための重要な技術であり、本研究成果は水素を生産する上でより効率的な生産を可能にされるとして期待されている。

詳しくはJournal of Flow Chemistry(Open Article)をご覧ください。

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