Degradation of woody biomass by Metal Organic Framework (MOF)

• Project/Area Number: 22K05932
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 曲 ちん 京都大学, エネルギー科学研究科, 特定助教 (60817120)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 木質バイオマス / 多孔性金属錯体(MOF) / 熱分解 / マイクロ波加熱 / リグニン

Outline of Research at the Start

木質バイオマスの全成分利用はバイオマス研究における難題の一つであり、実用可能な技術はまだ報告されていない。本研究の目的は、Cu-Zr@MOFを始め、様々な多孔性金属錯体(MOF)触媒向けに改良し、リグニンを分解し、続いて、ヘミセルロース、セルローズを酸化反応、酵素糖化反応で分解する。最終的に木質バイオマス成分の全体に利用することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

バイオマスから経済性良く、高効率バイオケミカルを生産技術開発は持続可能な目標のを実現するのはとても重要である。本研究は金属有機構造体（Metal Organic Framework, MOF）を触媒として利用し、高収率、高選択性に木質バイオマスからバイオケミカル生産することを目指す。今年度、Cu2+とZr4+を含むMOF-818をマイクロ加熱用いて短時間で合成し、触媒向けに改良した。改良されたZr-Cu@MOF触媒の結晶構造、表面積の評価を行った。更に、マイクロ波で3時間合成したZr-Cu@MOF触媒を用いて、スギ木粉の分解を行った。生成物の同定及び反応条件の最適化も行った。さらに、Zr-Cu@MOF触媒を用いてAvicel及び磨砕リグニンの分解も行った。Zr-Cu@MOF触媒を木質バイオマスの多糖類とリグニン成分両方分解することができる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

マイクロ加熱を用いて多孔性金属錯体(MOF)を合成する時に、再現性が悪いため、実験当初の予定よりやや遅れた。

Strategy for Future Research Activity

今後、Zr-Cu@MOF触媒の再現性の検討及びほかのMOF触媒の合成を検討する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Lauric acid surface modified Co2+-ZnO@SSM composite membrane: Photocatalytic degradation of MB and oil/water separation for removal of organic pollutants (2023)
  • Author(s): Wu Qiqi、Zhang Wentao、Qu Chen、Yuan Fei、Huang Yi、Chen Xianfei、Zhang Ruoxi
  • Journal Title: Applied Surface Science Volume: 622 Pages: 156933-156933
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2023.156933
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Microwave Assisted Catalytic Pyrolysis of Cedar Wood for Chemical Production (2022)
  • Author(s): Qu, C.; Tao J., Kawamoto, H. .
  • Organizer: IMPI 57th Annual Microwave Power Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Facile Production of 4-Hydroxybenzoic acid from Oil Palm Empty Fruit Bunch by Alkali Degradation at Room Temperature. (2022)
  • Author(s): Qu, C.; Kawamoto, H.
  • Organizer: The 8th International Conference on Sustainable Energy and Environment Thailand
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Degradation of Cedar wood by a Zr-Cu@MOF catalyst with assistance of microwave heating (2022)
  • Author(s): Qu, C.; Tao, J.; Kawamoto, H.
  • Organizer: 第73回日本木材学会
• [Presentation] Surface Modifications of Catalysts in Nanoscale for Improvement of Selectivity and Durability of Photoconversion of Environmental Pollutant and Biomass. (2022)
  • Author(s): Roongraung, K.; Chuangchote, S.; Suriyachai N.; Champreda V.; Laosiripojana N., Maeda T., Kimura, T., Okazaki, Y., Qu, C., Sagawa, T.
  • Organizer: The 2nd AICEE (ASEAN International Conference on Energy and Environment)
  • Int'l Joint Research