酸触媒を含む煮沸酢酸水溶液による木質バイオマス成分の分別と利用

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01560175
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 佐野 嘉拓 北海道大学, 農学部, 助教授 (10001463)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小澤 修二 北海道大学, 農学部, 助手 (50204194) ; 笹谷 宜志 北海道大学, 農学部, 教授 (80001410)
• Keywords: 木質バイオマス / 酢酸水溶液 / 大気圧パルプ化 / リグニン / セルロ-ス / 液体燃料化 / フルフラ-ル / ヘミセルロ-ス

Research Abstract

木質バイオマスの全成分を高度な用途に効率よく利用するには、環境汚染物質の放出のない、且つエネルギ-消費の少ない簡便な処理法で各成分を分別するこが不可欠であるが、未解決の課題である。触媒量の硫酸を含む酢酸水溶液で木質バイオマスを数時間、煮沸する方法が課題解決の興味ある方法であると考え、検討した。
先ず、シラカンバ材チップを0.54%の硫酸を含む90%酢酸水で3時間煮沸すると、セルロ-スはパルプとして残り、リグニンとヘミセルロ-スの大部分は溶液中に溶出した。80%酢酸で同様の分離をするには、1.08%の硫酸が必要であった。溶液中のリグニンとヘミセルロ-スは溶媒を減圧留去した後、水で分別沈澱することで、容易に分離された。成分の変質を抑えた、より経済的な分離法とするために、硫酸添加量の削減を検討した。シラカンバ材は90%酢酸水のみで予め煮沸前処理し、次に硫酸を加えて煮沸する操作で、硫酸濃度を0.32%まで減らすことが出来た。しかし、ブナ材では、前処理液を濾過し、新たな90%酢酸水を加えて、さらに煮沸前処理・濾過を繰り返し、次に0.28%〜0.32%濃度の90%硫酸水で煮沸する操作が効果的であった。このことから、広葉樹材の種類ちよっては、酢酸水に可溶性の抽出成分が硫酸触媒によりリグニンと縮合反応し、リグニンを不溶性の成分に変換する。ブナ材では、水可溶の抽出成分中に阻害物質が存在することが明らかになった。しかし、前処理液のろ別で容易に阻害成分を除去できる。これらの結果から、触媒量の硫酸を用いた酢酸水による木質バイオマスの簡易分離法のプロセスを考案した。
分離された各成分の性質についても詳細な考察を行い、これらが種々の用途の原料として有効であることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] Yoshihiro SANO: "Puping of Wood at Atmospheric Pressure I.-Pulping of hardwoods with aqueous acetic acid containing a small amount of organic sulfonic acid-" Mokuzai Gakkaishi. 35. 991-995 (1989)
• [Publications] Yoshihiro SANO: "Puping of Wood at Atmospheric Pressure II.-Pulping of Birch Wood with Aqueous Acetic Acid Containing a Small Amount of Sulfunic Acid-" Mokuzai Gakkaishi.
• [Publications] 中村雅幸: "常圧下における木材のパルプ化(第3報)-少量の硫酸を含む酢酸水溶液による広葉樹材のパルプ化-" 日本木材学会北海道支部講演集. 21. 65-69 (1990)