Selective hydrogenation of biomass with bifunctional catalyst in supercritical carbon dioxide-ionic liquid systems

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15347
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Guo Haixin 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (00828048)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 二機能性触媒 / 遷移金属 / 水素化 / バイオマス

Outline of Final Research Achievements

Hydrogenation of biomass is urgently needed to produce suitable biofuels for sustainable society. I prepared transition metal hydrogenation catalysts in a single-step by hydrothermal carbonization of carbohydrates at mild conditions without any external H2 gas by using of carbohydrates as reducing agents. Followed, selective hydrogenate biomass-based substrates (e.g. levulinic acid, furfural, 5-hydroxymethylfurfural) to produce biofuels and platform chemicals (e.g. gamma-valerolactone) with the prepared transition metal functional carbon catalysts in scCO2-ionic liquid biphasic reaction systems without and external hydrogen gas. I classify the role of scCO2 during formic acid decomposition in the reaction system and to the determine hydrogenation reaction mechanisms for target compounds with prepared catalysts.

Free Research Field

環境グリーンプロセス学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在まで、ほとんどのモノマーや燃料(例：GVL, フルフリルアルコールand 2,5-ジメチルフラン) は工業的規模で石油から生産されている。バイオリファイナリーの出現によりバイオマス由来のモノマー生産が盛んになりつつある。貴金属触媒によるバイオマス水素化に関する論文が主である。しかし、貴金属は効果でありプロセスの大型化の際に限界があると考える。真に持続可能なプロセスは、原料と触媒双方を再生可能な物質由来とする必要があり、炭素のような豊富な元素からの触媒合成は重要である。