廃棄物
製品
ナノ触媒が叶える
廃棄物資源循環型社会
原料資源
中央大学
理工学部 応用化学科
助教 田口 実
1
発明に関して
発明（特許）名称
ポリマーの分解方法（2015-147967）
発明概要
ポリカーボネート（PC）を、温和な水熱条件下で原料（モノ
マー）化する技術である。触媒には、酸化セリウム（CeO2）
ナノ結晶を用いる。本技術は、ポリカーボネートと水と触媒
のみを、低温・短時間で反応させることで100%解重合する
。モノマー回収率は90％である。
CH3
O
C
CH3
ポリカーボネート（PC）
O
O
CeO2触媒
C
n
水熱条件
CH 3
HO
C
OH
CH 3
ビスフェノールＡ（BPA）
2
身近なプラスチック製品
PC
PC
PC
3
プラスチック生産とリサイクル
プラスチック生産量（2013年）
1,058万トン（国内）
29,000万トン（世界）
ポリカーボネート
約30万トン（2.9％、国内）
プラスチックリサイクルの基礎知識、プラスチック循環利用協会、2014年
4
従来技術（ポリカーボネート処理）
A社
B社
C社
反応方式
回分
回分
回分（多段階）
PC形状・状態など
∼600μm
ペレット
CD
触媒有無
無
有（金属塩）
無
溶媒
水
一価アルコール
フェノール類
温度（℃）
260∼300
50∼500
100∼200
圧力（MPa）
20∼
∼10
大気圧
時間（min）
∼1.5
∼180
多段階
溶媒/PC重量比
3.3∼100
0.1∼10
0.8∼1000
原料回収率
低（副生成物有）
低（副生成物有）
低（副生成物有）
5
当研究室手法
CH3
HO
CH3
O
C
CH3
アミン系試薬
N
O
R1
R3
R2
O C
n 水熱条件
ポリカーボネート（PC）
C
OH
CH3
ビスフェノールＡ（BPA）（原料モノマー）
HO
フェノール（過分解生成物）
HO
イソプロピルフェノール（過分解生成物）
冷却水
背圧弁
溶融塩
3.5 mL
焼結
フィルター
予熱カラム
塩基性（アミン）
水溶液
反応器
試料回収
6
ケミカルリサイクルの課題と進展
•温和条件、短時間、大量処理、低コスト、
簡便な分離・精製プロセス
•水（水熱反応）
•高変換効率
•実際の廃製品への対応
•触媒の利用
7
In-situ表面修飾ナノ結晶合成法
＠室温
＠臨界点近傍
水
超臨界水
有機分子（非溶解）
加水分解
Mn+
脱水反応
無機イオン（溶解）
Mn+
Mn+
Mn+
Mn+
Mn+
Mn+
Mn+
Mn+
Mn+
Mn+
Mn+
M(OH)n
ナノ粒子生成
表面修飾
Mn+
Mn+
有機分子（溶解）
先端切断八面体
{100}
{111}
{111}
結晶核
{100}
{100}
立方八面体
立方体
8
CeO2の機能と本技術内容
Ce
O
O
CH3
O
C
O
O
CH3
ポリカーボネート（PC）（製品）
結晶構造
•
蛍石構造（Fm-3m）
特性
•
触媒
•
固体燃料電池
•
ガスセンサー
•
研磨剤
•
紫外線遮蔽材
CeO2触媒
C
n
水熱条件
CH 3
HO
C
OH
CH 3
ビスフェノールＡ（BPA）（モノマー原料）
9
ナノ結晶（触媒）合成
原料
•
Ce(OH)4
•
蒸留水
条件
•
400 ℃
•
38 MPa
•
30 min
ナノ結晶
(NC)
バルク
(LC)
20 nm
NC
LC
NC
LC
CeO2触媒
格子定数（nm）
結晶子径（nm）
比表面積（m2/g）
ナノ結晶（NC）
0.5410
7.4±1.0
114.9±14.2
バルク（LC）
0.5412
75.1±5.1
11.1±0.7
10
リサイクル方法
•ポリカーボネート（PC）試料（1.62 g）
（a）市販品（Mw：45,000）、（b）粉砕CD
撹拌
温度
圧力
ヒーター
蒸留水
•不均一触媒（6-550 mg）
（Cat./PC ratio (wt/wt)=0.004-0.34）
1. CeO2（バルク結晶、ナノ結晶）
2. Al2O3
3. ZrO2（単斜晶、立方晶、ナノ結晶）
4. MnO2
5. ダイヤモンド粉末（C）
6. 窒化ホウ素（BN）
•蒸留水（50 mL）
CeO2
触媒
プラスチック
分解試料
（PCなど）
※500Ｗヒーター
反応条件
• 1-20 h
• 160 ℃-200 ℃
• 500 rpm
11
生成物の確認
撹拌
温度
圧力
LC-0.34 (550 mg)
20 h-200 ℃
ヒーター
蒸留水
HO
CeO2
触媒
プラスチック
分解試料
（PCなど）
HO
CH3
HO
C
OH
CH3
試験
• CeO2LC触媒0.34（550 mg）
• 20 h
• 200 ℃
• 500 rpm
触媒が存在しない場合
反応前
反応後
12
CeO2LCによる条件の最適化
200 ℃-0.34
200 ℃-5 h
5 h-0.15
市販品PC（1.62 g）の解重合条件
時間：5 h
LC/PC重量比：0.15（243 mg）
温度：200 ℃
13
BPA & Phenol収率（CeO2LC）
200 ℃-0.34
200 ℃-5 h
5 h-0.15
PC（1.62 g）の解重合条件
時間：5 h
LC/PC重量比：0.15
温度：200 ℃
BPA収率：70 %
14
CeO2NCとの比較
200 ℃-LC0.34, NC0.03
200 ℃-5 h
5 h-LC0.15, NC0.03
PC（1.62 g）の解重合
時間
触媒量
温度
LC
NC
5h
1-3 h
0.15 (240 mg)
0.01 (22 mg)
200 ℃
180-190 ℃
15
BPA & Phenol収率
200 ℃-LC0.34, NC0.03
200 ℃-5 h
5 h-LC0.15, NC0.03
•BPAの過分解は短時間反応及び低
触媒量で抑制できる。
•NCでは、BPAの過分解はほとんど
引き起こさない。
16
触媒反応前後の性質
LC
NC
格子定数
（nm）
結晶子径
（nm）
比表面積
（m2/g）
反応前
0.5412
75.1±5.1
11.1±0.7
反応後
0.5410
68.5±8.6
12.4±1.8
反応前
0.5410
7.4±1.0
114.9±14.2
反応後
0.5410
8.0±1.1
106.3±14.1
CeO2触媒
バルク（LC）
ナノ結晶（NC）
17
表面と反応原理
LC
NC
CH3
O
C
O
O C
n
CH3
水熱条件
CH3
HO
C
OH
CH3
18
不均一触媒の実施例
200 ℃-5 h-0.15
19
従来技術との比較
A社
B社
C社
本技術
反応方式
回分
回分
回分（多段階）
回分
PC形状・状態など
∼600μm
ペレット
CD
ペレット、CD
触媒有無
無
有（金属塩）
無
有
溶媒
水
一価アルコール
フェノール類
水
温度（℃）
260∼300
50∼500
100∼200
180∼200
圧力（MPa）
20∼
∼10
大気圧
∼2
時間（min）
∼1.5
∼180
多段階
60∼180
溶媒/PC重量比
3.3∼100
0.1∼10
0.8∼1000
30
原料回収率
低
低
低
高（≒90％）
20
新技術の特徴
• 分離・精製プロセスが簡便で、触媒の無限・
繰り返し使用が可能。
• 100%プラスチック解重合とモノマー90％収率
が可能。二次反応・副反応なし。
• 水熱法、低温（180 ℃∼）、短時間（∼3 ｈ）、
大量処理可能。
21
用途・需要
• 廃棄プラスチック等の産業廃棄物回収・処
理業界。
• 耐久消費財製造業界（携帯電話、自動車部
品、テレビ、パソコンなどの筐体のリサイク
ル）。
• 化学薬品会社（プラスチック原料及び可塑
剤や難燃剤などの成分抽出）。
22
実用化に向けた課題
• 触媒反応原理の解明
→
{100}
{111}
{111}
{100}
{100}
• 低コスト触媒の探索
• コストの算出
• 大量処理
→∼1000 mL（ラボレベル）
• 撹拌条件の最適化
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企業等への期待
• ラボレベルから産業レベルへの移行
• 廃棄物の供給（応用研究のため）
• シミュレーション（ソフトウェア）
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本技術に関する知的財産権
• 発明の名称
ポリマーの分解方法
• 出願番号
特願2015-147967
• 出願人
学校法人 中央大学
• 発明者
田口 実
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お問い合わせ先
中央大学
研究支援室 加藤
裕幹
ＴＥＬ ０３ − ３８１７ − １６０３
ＦＡＸ ０３ − ３８１７ − １６７７
e-mail [email protected]
26
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