2019 Fiscal Year Research-status Report
Bioplastic materials production with multi-phases segmented flow using a microreactor
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19K15350
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
村中 陽介 京都大学, 工学研究科, 助教 (40756243)
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2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スラグ流 / マイクロリアクター / 反応分離 / バイオプラスチック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度はスラグ流を利用した反応場を用いて反応／分離によりバイオプラスチック原料の中間体となるHMFの合成を検討した。HMFは糖類を酸性水溶液で加熱すると生成する物質であるが、その条件下ではさらにレブリン酸へと分解する。マイクロリアクター内に反応相と抽出相のスラグ流を流し、厳密に制御した反応温度と滞留時間の下で、生成HMFを即座に抽出相へと抽出し安定に回収することで85%のHMF収率を達成した。この際、生成物であるHMFと各種原料および中間体の抽出／反応相における分配比とHMF収率の関係を詳細に調査し、分配比が収率に大きく影響すること、さらに反応相の酸濃度やpHを調整することにより分配比を制御可能であることを見出した。これにより当初の構想である反応相で生成したHMFを抽出し、さらに抽出液から第二の反応相へと抽出／反応する系の確立に向けた指針を得た。
加えて回分反応によりHMFからDFFを製造する系を確認し、実証した。一方で、本反応は長い反応時間を必要とし、糖類からHMF、DFFへの一貫製造に向けては各反応の速度マッチングを実現する方策が必要であることを明らかにした。さらに、反応温度域にも違いが見られることが明らかとなった。
その他、[水1／油／水2／油]という複合スラグ流の安定操作条件の確立を試みた。各相のスラグ長さを制御する手法を開発すると共に、操作時に発生する課題（スラグ速度のずれ等）を抽出し、その原因を解明した。本成果により、複合スラグ流をより汎用性の高い、あるいは複雑な系を扱うツールとして利用するための指針を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初めに大きな課題の１つであるHMFの収率向上に取り組んだ。マイクロリアクターにより厳密に制御された条件での反応結果より反応経路を考察し、収率向上に必要な要素を明確化、対処し反応／分離のシステムにて85%の高いHMF収率を達成した。本成果を基に論文を投稿し、現在査読中である。
糖類からHMF、DFFへの一貫製造においては各反応の速度マッチングや反応温度域の違いが課題として浮かび上がった。本件については、反応装置は若干複雑化するが、マイクロリアクターのコンパクトかつ反応温度、滞留時間が厳密に制御可能であるという特徴を活かし、各反応を交互にバランス良く進行させるシステムの構築を目指す。
複合スラグ流の作成については当初の計画を大幅に上回る成果が得られ、各相のスラグを所望の長さで制御し、かつ速度のずれ等を抑制するための方策を見出した。２年目ではこの知見に基づき実際に一貫反応を実施する。
なお、これまでの成果と本課題の構想をオランダ・フローニンゲン大学にてマイクロリアクターの研究に従事するJun Yue准教授と議論し、以降の成果の共有や議論、国際共同研究に向けて前向きに取り組み始めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
進捗状況に記載したように、糖類からHMFの製造や複合スラグ流の作成については一定の成果が得られた。HMFからDFFへの反応をさらに検討し、速度マッチングを実現する条件を見出して適用することにより一貫反応の実現につなげる。
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| Causes of Carryover |
当初参加を予定していた学会がコロナウィルスの影響により中止となり、参加費、旅費が不要となった。該当学会にて意見交換を予定していたため、ウィルスが終息次第会合の機会を設け、意見交換を行う。また、HMF合成や複合スラグ流作成などの一部の研究は予定よりも効率良く進捗し消耗品が削減できたため、新たに課題が発生した研究内容へと補填する。
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Research Products
(2 results)
