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2011 Fiscal Year Annual Research Report

高効率なセルロース単糖化を実現する気体触媒プロセスの開拓とその作用機構の解明

Research Project

Project/Area Number 22760600
Research InstitutionKochi University

Principal Investigator

恩田 歩武  高知大学, 教育研究部・総合科学系, 助教 (80335918)

Keywordsセルロース / グルコース / 触媒 / 再生可能資源 / バイオマス / 水蒸気
Research Abstract

非食用バイオマスから化学資源を得ることが期待されている中,特にセルロースからグルコースへの変換が注目されている.しかし,セルロースは,1,4-β-グリコキシド結合で繋がったセルロース分子鎖の分子内及び分子間に多くの水素結合を形成することで,結晶性が高く化学的に非常に安定である.本研究では,セルロースの加水分解反応に対する水蒸気の効果を解明し,更にその水蒸気反応おける気体分子の触媒作用を検討することにより,新たなセルロース糖化法の開発を目的とした.反応容器は密閉式オートクレーブを用いた.市販の微結晶性セルロースAvicel粉末と水を,窒素雰囲気下で導入して密閉し,150~230℃に加熱した.気体触媒を用いるときは加熱前に導入した.水蒸気反応法によるセルロースの加水分解を,水熱反応法と比較した.水熱反応において,グルコースの最大収率は220℃時の13C-%であったのに対し,水蒸気反応では200℃時の23C-%と向上した.また,反応基質の検討を行い,結晶性のものほど水熱反応と水蒸気反応で差が大きくなることを見出した.そのことから,水蒸気中では水分子が個々に動くことで,セルロース固体内にアクセスしやすくなったために加水分解が促進したと考えられる.また,最適な反応温度が低くなったためにグルコースの過分解反応が抑制されたことも、グルコース収率の向上に寄与したと考えられる.次に,気体触媒としてさまざまな物質の蒸気を検討したところ,ギ酸分子に触媒効果が確認された.一方で,酢酸やメタノールなどには反応阻害効果が見られ,分子のサイズ及び極性が触媒活性に影響を与えていることが示唆された.また,プロセスを改良してグルコース収率40C-%を得た.この収率は;硫酸法,イオン液体法,酵素法以外の低環境負荷型プロセスの中ではとても高い値である。本研究により,本プロセスは非食用バイオマス資源の利用が期待される将来の持続型社会の実現に大きく貢献する可能性を示した。

  • Research Products

    (5 results)

All 2011

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] Selective synthesis of 1-butanol from ethanol over strontium phosphate hydroxyapatite catalysts2011

    • Author(s)
      S.Ogo, A.Onda, K.Yanagisawa
    • Journal Title

      Appl.Catal.A

      Volume: 402 Pages: 188-195

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of water vapor on the thermal decomposition process of zinchydroxide chloride and crystal growth of zinc oxide2011

    • Author(s)
      T.Kozawa, A.Onda, K.Yanagisawa, A.Kishi, Y.Masuda
    • Journal Title

      J.Solid State Chem.

      Volume: 184 Pages: 589-596

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Solvothermal One-Step Synthesis and Effect of Carbon on Properties of Ruthenium Sulfide Catalysts2011

    • Author(s)
      Chuanxiang Zhang, Kazumichi Yanagisawa, Haijun Tao, Aymu Onda, Tatsuo Shou, Sumio Kamiya
    • Journal Title

      Catal Lett

      Volume: 141 Pages: 1311-1315

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 水蒸気法によるセルロースからグルコースへの選択的加水分解2011

    • Author(s)
      飯田祐己, 恩田歩武, 柳澤和道
    • Organizer
      第108回触媒討論会
    • Place of Presentation
      北見工業大学(北海道)
    • Year and Date
      20110920-20110922
  • [Presentation] 触媒による多糖類バイオマスの分解反応2011

    • Author(s)
      恩田歩武
    • Organizer
      第8回バイオマス変換触媒セミナー
    • Place of Presentation
      高知大学(招待講演)
    • Year and Date
      2011-07-01

URL: 

Published: 2013-06-26  

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