2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of new furfural production from xylose and hemicellulose for the effective use of lignocellulosic biomass.
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15K00648
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 修 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20357148)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増田 善雄 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究部門付 (10358004)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | バイオマス利用 / 低環境負荷 / フルフラール合成 / 高温水 / 超臨界二酸化炭素 / 固体酸触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、水‐超臨界二酸化炭素（以下SCO2と略）の二相反応系内で実バイオマスを固体酸触媒で処理する、環境調和型のヘミセルロース‐フルフラール変換プロセスの開発を最終目的として行った。
キシロース等の五炭糖類をフルフラールに変換する固体酸触媒の検討では、スルホ基を有する耐熱性イオン交換樹脂のAmberlyst70（以下A70と略）、各種Ｈ型ゼオライトではモルデナイトおよびCHA型の使用（150℃、8時間）が、フルフラール収率を向上させた。ゼオライトのシリカ/アルミナ比を変え酸点を多くした場合、反応性は高まるものの、フルフラール選択性は大きく低下した。酸点の多い固体酸では、キシロースの副反応および生成するフルフラールの二次反応も同時に促進している可能性が示唆された。
キシロース-フルフラール変換反応の検討結果から、140℃以下の温度ではフルフラール生成が極めて遅く、バイオマス中のセルロースを加水分解しない処理条件と合わせて、温度範囲は150～170℃に限定された。A70の触媒作用で生成したフルフラールをSCO2により系外に連続抽出する水‐SCO2系反応場では、高圧条件ほどフルフラール収率、選択率が向上、20MPaでの各温度での収率は150℃（16時間）50.5％、160℃（8時間）53.9％、170℃（8時間）55.2％と、いずれも水‐トルエン二層系と同等以上の結果を示した。
そこで水‐SCO2系反応場を、ヘミセルロース（キシラン）に適用したところ、フルフラールが収率47.2％（170℃4時間）で得られた。また、170℃で6時間高温水処理した竹残渣を、白金担持触媒にて水素化分解したところ、キシロース由来のキシリトールの生成は無く、従来報告より温和な条件でもセルロース成分由来のソルビトール生成を確認できたことから、分離工程の簡略化・反応促進効果も期待できることが明らかになった。
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