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マイクロ波の化学プロセスへの応用

  • Microwave-assisted Chemical Process Technology
(2006年『マイクロ波化学プロセス技術』普及版)

商品コード: B0966

  • 監修: 和田雄二・竹内和彦
  • 発行日: 2011年7月
  • 価格(税込): 5,184 円
  • 体裁: A5判,320ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0336-9

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  • 計測,誘電率,合成法,装置,有機合成,無機合成,合成プロセス,ナノ粒子,

刊行にあたって

 この数年間,マイクロ波を用いた有機合成反応に関する論文の数が急速に増加した。それらが論文として報告されるのは,"単純な迅速加熱手段"ではなく,そこには新しい"マイクロ波化学"があると考えられ始めたからである。
 本書は,主として"化学反応","物質合成プロセス"という観点から,内容を選定し,マイクロ波関連の研究を精力的に推進されておられる国内の研究者の方々にそれぞれの研究分野に近い内容について分担執筆していただき成書としてまとめたものである。
 マイクロ波化学というものが,まだまとめるべき段階でなく,拡大・膨張時にあるためと理解して頂ければよいと考えている。生の情報が鮮度を落とさないでお届けできれば,成功である。
(「まえがき」より抜粋)


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2006年に『マイクロ波化学プロセス技術』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので,ご了承ください。

2011年7月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

和田雄二   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 助教授
        (現)東京工業大学 大学院理工学研究科 応用化学専攻 教授
中村考志   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻
        (現)(独)産業技術総合研究所 特別研究員
竹内和彦   (現)(独)産業技術総合研究所 環境化学技術研究部門 主任研究員
天羽優子   (現)山形大学 理学部 物質生命化学科 准教授
二川佳央   (現)国士舘大学 大学院工学研究科 教授
川瀬雅也   大阪大学 大学院薬学研究科 分子薬科学専攻 助教授
        (現)長浜バイオ大学 バイオサイエンス学部 教授
森本正太郎  (現)大阪大谷大学 薬学部 薬学科 准教授
塚原保徳   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 博士研究員
        (現)大阪大学 大学院工学研究科 マイクロ波化学共同研究講座 特任准教授
小黒友勝   (現)日立協和エンジニアリング(株) マグネトロン部
小倉利夫   (現)日立協和エンジニアリング(株) マグネトロン部 主管技師長
岡本 正   (現)(株)IDX フェロー
久保和重   四国計測工業(株) 高松技術研究所 グループリーダー
窪田哲男   (現)(株)日立製作所 生活家電研究部 シニア所員
德田昌生   (現)北海道大学名誉教授
小島秀子   (現)愛媛大学 大学院理工学研究科 教授
牧岡良和   (現)東京工業大学 資源化学研究所 助教
田中正人   東京工業大学 資源化学研究所 教授
宮沢 哲   (現)(独)産業技術総合研究所 ナノシステム研究部門 主任研究員
角田剛久   宇部興産(株) 高分子研究所 機能制御研究部 主席研究員
        (現)宇部興産(株) 研究開発本部 企画管理部 主席部員
滝沢博胤   東北大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 教授
小平哲也   (現)(独)産業技術総合研究所 ナノシステム研究部門 主任研究員
清住嘉道   (現)(独)産業技術総合研究所 コンパクト化学システムセンター 主任研究員
佐藤元泰   (現)自然科学研究機構 核融合科学研究所 装置工学・応用物理研究系 教授
永田和宏   (現)東京藝術大学 大学院美術研究科 文化財保存学専攻 教授;東京工業大学名誉教授
陳 再華   (財)かがわ産業支援財団 高温高圧流体技術研究所 主任研究員
加藤俊作   (現)(財)かがわ産業支援財団 地域共同研究部 アドバイザー
長畑律子   (現)(独)産業技術総合研究所 環境化学技術研究部門 主任研究員
滝沢 力   ミクロ電子(株) 開発部 部長
加我晴生   (独)産業技術総合研究所 ゲノムファクトリー研究部門 主任研究員
平 初雄   新日本製鐵(株) 技術開発本部 環境・プロセス研究開発センター 無機材料研究開発部 主幹研究員
菊川伸行   (独)産業技術総合研究所 環境管理技術研究部門 吸着分解研究グループ 研究グループリーダー
堀越 智   (現)東京理科大学 総合研究機構 准教授
日高久夫   (現)明星大学 理工学部 生命科学・化学系 地球環境科学センター 教授
木嶋敬昌   (現)日本スピンドル製造(株) 技術開発室 課長

執筆者の所属表記は,注記以外は2006年当時のものを使用しております。

目次

【序編 技術開発の現状と将来展望】
第1章 基礎研究の現状と将来動向
1. マイクロ波加熱を用いた学術研究
2. マイクロ波加熱を用いた有機合成およびナノ粒子合成の研究動向
3. マイクロ波化学研究の国別の統計データ
4. これからの研究へ

第2章 応用研究の現状と将来動向
1. マイクロ波加熱とその特徴
2. マイクロ波加熱の工業利用の現状
3. マイクロ波化学プロセスの実用化への課題
4. マイクロ波化学プロセス技術の将来展望
5. おわりに

【第1編 基礎技術】
第1章 マイクロ波と物質の相互作用
1. 相互作用の相手
2. 緩和現象を測る
3. 何と相互作用するのか
4. 非熱効果はあるか
5. 分極を記述する確率微分方程式

第2章 マイクロ波の計測・電磁界分布
1. マイクロ波計測の基礎
2. 伝送系における計測技術
3. マイクロ波電磁界の分布
4. SAR分布
5. 温度計測技術

第3章 誘電率・誘電損失の測定
1. はじめに
2. 誘電率と誘電損失
3. 誘電率の測定
3.1 測定プローブ
3.2 測定における注意点
4. 測定データの解析
5. TDR測定の具体例

第4章 マイクロ波合成実験法
1. 反応系の構築
1.1 照射タイプの選択
1.2 装置の選択
1.3 系の選択
1.4 熱媒体の選択
1.5 留意点
2. 実験実施例
2.1 実験
2.2 結果と考察
2.3 結論

【第2編 機器・装置】
第1章 発生装置ならびに関連する測定・制御系
1. マイクロ波発振管
1.1 マグネトロン
1.2 クライストロン
1.3 進行波管
1.4 ジャイロトロン
2. マイクロ波発生装置の基本構成
3 マイクロ波電力伝送部を構成する主要デバイス
3.1 導波管回路
3.2 アイソレータ
3.3 チューナ(インピーダンス調整器)
3.4 パワーモニタ
4. マイクロ波反射の抑制(マイクロ波インピーダンスの調整)方法
5. マグネトロンを使用したマイクロ波発振装置と出力制御
5.1 マグネトロンの動作特性
5.2 マグネトロンの駆動電源
5.3 マグネトロンの出力制御
6. 関連する測定技術
6.1 マイクロ波インピーダンスの測定方法
6.2 マイクロ波照射中の温度測定方法
6.3 マイクロ波照射中の電磁界測定方法

第2章 マイクロ波反応装置(アプリケータ)
1. マイクロ波化学反応装置とアプリケータ
2. 電磁波の性質
3. 化学実験装置 
4. 応用例
5. マイクロ波源と周波数
6. プラントへの応用

第3章 マイクロ波化学合成プロセス
1. はじめに
2. 電磁波の危険性
2.1 電波漏洩
2.2 放電
3. マイクロ波の加熱特性
3.1 急速加熱
3.2 内部加熱
3.3 選択加熱
4. マイクロ波効果
5. 工業用装置
6. まとめ

第4章 電波法令ならびに安全
1. ISM周波数帯
2. 電波法
3. 基本波漏洩と不要放射
3.1 電波防護指針
3.2 電力密度と電界強度,磁界強度の関係
3.3 基本波および不要放射(スプリアス放射)と漏洩電力密度の測定
4. 基本波漏洩および不要放射の対策方法
4.1 基本波漏洩と対策
4.2 基本波以外の不要放射の対策

【第3編 有機合成】
第1章 有機合成反応
1. はじめに
2. 環境に優しい合成法
3. マイクロ波の効果
4. 高効率・高選択的な合成反応
5. おわりに

第2章 マイクロ波無溶媒有機合成
1. はじめに
2. 基質をニートで反応させる無溶媒合成
3. 固相担体を用いる無溶媒合成

第3章 金属触媒を用いるマイクロ波合成
1. はじめに
2. アリール基のカップリング
2.1 鈴木-宮浦カップリング
2.2 根岸,熊田-玉尾-Corriuカップリング
2.3 小杉-右田-Stilleカップリング
3. 溝呂木-Heck反応
4. 薗頭反応
5. アリル求電子剤の不斉置換反応
6. カルボニル化
7. オレフィンメタセシス
8. Buchwald-Hartwig反応
9. その他の反応
10. おわりに

第4章 重水を同位体源とする標識化合物の合成
1. はじめに
2. 同位体とは
3. マイクロ波を利用した重水素標識
3.1 炭化水素系化合物の重水素化反応
3.2 重水素化アミン類の合成
4. マイクロ波を利用した重酸素標識
5. おわりに

第5章 金属錯体合成
1. はじめに
2. ポルフィリンおよびフタロシアニンを配位子とする金属錯体のマイクロ波合成
3. 配位子の置換不活性金属を有する金属錯体のマイクロ波合成
4. おわりに

【第4編 無機合成】
第1章 無機材料合成
1. はじめに
2. マイクロ波と物質の相互作用
3. 無機物質のマイクロ波吸収特性
4. 無機材料プロセッシング
4.1 導電性酸化物
4.2 非酸化物の合成:金属窒化物
5. おわりに

第2章 ナノ粒子合成
1. はじめに
2. ナノ粒子合成になぜマイクロ波化学を用いるのか
3. 最近の研究紹介
3.1 金属ナノ粒子
3.2 金属酸化物および金属カルコゲニド微粒子
4. 実際の合成例
4.1 ニッケルナノ粒子
4.2 銀ナノ結晶の合成
4.3 金属酸化物(酸化チタン)ナノ結晶
4.4 金属カルコゲナイド(硫化カドミウム)ナノ結晶
5. 展望

第3章 ゼオライト合成
1. はじめに
2. マイクロ波加熱法と通常加熱法の差違
3. ゼオライト合成における出発水溶液加熱方法の影響
4. マイクロ波加熱法における特異な合成条件の実現
5. マイクロ波加熱法によるゼオライト合成の機能化
6. まとめ

第4章 マイクロ波による物質の変性機構―原理的考察と低炭素社会への応用―
1. はじめに
2. 最新のマイクロ波による物性研究の成果
2.1 マイクロ波による物質の高次構造破壊
2.2 定性的理論
2.3 コヒーレント(単色・同位相)電磁波と熱振動という概念
2.4 コヒーレントなマイクロ波の逆過程
2.5 コヒーレントな電子の集団運動の成長
2.6 コヒーレントな運動の緩和
3. マイクロ波による高炉(製鉄)技術の開発研究
3.1 炭酸ガス排出抑制のための工業プロセスの抜本的変革
3.2 現在の製鉄における炭酸ガス排出
3.3 マイクロ波製鉄の発案
3.4 鉄鉱石と石炭粉末による製鉄実験
4. まとめ

第5章 マイクロ波を利用した炭素材料の製造
1. はじめに
2. マイクロ波による活性炭の再生と製造
2.1 活性炭の再生
2.2 活性炭の製造
2.3 活性炭の改質
2.4 マイクロ波・外部加熱ハイブリッド型反応炉による高品位活性炭の製造
3. マイクロ波を利用した金属・金属酸化物ナノ粒子担持炭素材料の製造
3.1 金属ナノ粒子担持炭素材料
3.2 金属酸化物ナノ粒子担持炭素材料
4. カーボンナノチューブの合成と精製
4.1 カーボンナノチューブのマイクロ波合成
4.2 カーボンナノチューブの精製と改質
5. まとめ

【第5編 高分子合成】
第1章 マイクロ波を用いた縮合・開環重合
1. はじめに
2. 逐次重合
3. 開環重合
4. 樹脂の架橋
5. おわりに

第2章 マイクロ波を用いた付加重合
1. はじめに
2. ラジカル付加重合
3. 乳化重合
4. リビングラジカル重合
5. メタセシス重合
6. おわりに

【第6編 応用編】
第1章 マイクロ波のゴム加硫
1. ゴムの歴史
2. ゴムの種類
3. ゴム製品の加工プロセス
4. ゴム加硫
5. 加硫速度とスコーチタイム
6. 加硫方式
6.1 外部加熱加硫方式
6.2 マイクロ波加硫方式
7. ゴムの誘電定数
8. マイクロ波連続加硫装置の実施例
9. マイクロ波加硫装置で加硫するゴムの種類
10. 今後

第2章 バイオマス
1. マイクロ波加熱によるバイオマスの加水分解
2. マイクロ波加熱によるバイオマスの熱化学的変換
3. 外部加熱とマイクロ波加熱の比較
4. バイオマスのマイクロ波溶媒解重合

第3章 製鋼プロセス
1. 熱風マイクロ波乾燥
1.1 取鍋熱風マイクロ波乾燥
1.2 RH熱風マイクロ波乾燥技術
1.3 プレキャストブロックのマイクロ波乾燥とその効果
2. 熱風マイクロ波乾燥設備の実態
3. まとめ

第4章 有害物質無害化
1. 大気汚染物質の除去
1.1 はじめに
1.2 燃焼排ガス浄化への応用―自動車排ガスを中心に―
1.2.1 窒素酸化物(NOx)除去
1.2.2 自動車排ガスへのその他の応用
1.3 揮発性有機化合物(VOC)排出削減への応用
1.3.1 マイクロ波触媒酸化
1.3.2 吸着回収への応用
1.4 おわりに

2. マイクロ波無電極ランプを用いた水処理技術
2.1 はじめに
2.2 水処理へのマイクロ波の適用
2.3 マイクロ波無電極ランプ
2.4 マイクロ波無電極ランプを用いた化学反応
2.5 環境保全技術へのマイクロ波無電極ランプの利用
2.6 マイクロ波無電極ランプによる水質汚染物質の光触媒分解
2.7 Double Quartz Cylindrical Plasma Photoreactor(DQCPP)
2.8 DQCPPを用いたローダミンB色素の分解
2.9 DQCPPを用いた内分泌かく乱物質ビスフェノールAの分解
2.10 DQCPPを用いた除草剤2,4-ジクロロフェノキシ酢酸の分解
2.11 電子レンジを用いた除草剤の分解
2.12 おわりに

3. 飛灰処理
3.1 はじめに
3.2 飛灰処理施設の現状
3.3 マイクロ波による有機塩素化合物処理
3.3.1 有機塩素化合物の無害化
3.3.2 マイクロ波飛灰無害化装置の開発
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