完全な再生可能資源化を目指したリグニンからポリアセニックファイバーへの展開技術

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01904
• 研究機関: 高知大学
• 研究代表者: 森 勝伸 高知大学, 教育研究部総合科学系複合領域科学部門, 教授 (70400786)
• 研究分担者: 尾崎 純一 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (30214125) ; 板橋 英之 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (40232384) ; 石井 孝文 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (50750155)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: リグニン / バイオマス / 再資源化

研究実績の概要

地球上で芳香族を最も多く含むリグニンは、生物有機資源、高分子物質のバイオマス原料として期待されている。本研究では、リグニンにFe(II)やCo(II)等の金属イオンを担持させ、低酸素雰囲気で熱処理を行うことによって芳香族が連なるファイバーを生成し、さらに高分子複合材料の補強材料（フィラー）としての可能性を見出すことで、完全なバイオマスの再生可能資源化を目指した。
研究1年目では、樹皮から抽出されたリグニンを、Fe(II)やCo(II)等を含む溶液に投入し、金属担持リグニンを調製し、熱処理を行った結果、芳香族割合の高い炭素材料を得るには1000 ℃以上、かつ短時間（1時間）での熱処理が必要であることが分った。2年目では、0.5 mmol/g Fe(II)を担持したリグニンを1200 ℃、1時間で熱処理すると、導電性の優れた単層グラフェンが生成されていることを発見し、当初の予想よりもはるかに超えた有用な炭素材料を得る方法を見出した。3年目では、ラマン分光法等を用いてグラフェン生成の信憑性を検証し、本法によってグラフェンが明確に存在することを突き止めた。次に得られた炭素材料をフィラーに応用するため熱可塑性樹脂との混錬を試みたが、炭素材料が不活性なこともあり混錬が非常に難しく、強度試験までに至らなかった。一方、電気化学測定装置によって、市販のグラフェン標準試薬と同等の導電性を示すことがわかった。4年目では、リグニンからグラフェンへの生成条件の最適化を行った。特に、グラフェンを得たときに残存する金属粒子を塩酸によって除去してもグラフェン構造が損なわれないことがわかった。
4年間の研究期間にて、計画の一部は次の課題となったが、木質バイオマスからグラフェンを簡単に得る方法を発見したことは、バイオマス研究のブレークスルーテクノロジーに資するものであった。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Simple mercury determination using an enclosed quartz cell with cold vapour-atomic absorption spectrometry (2021)
  • 著者名/発表者名: Kozaki Daisuke、Mori Masanobu、Hamasaki Shinichi、Doi Tomotaka、Tanihata Souma、Yamamoto Atushi、Takahashi Takeshi、Sakamoto Koutarou、Funado Shigeto
  • 雑誌名: Analytical Methods 巻: 13 ページ: 1106～1109
  • DOI: 10.1039/D0AY02232B
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Size-Exclusion/Ion-Exclusion/Reversed-Phase Separation Method for the Simultaneous Determination of Inorganic and Organic Acids, Sugars, and Ethanol During Multiple Parallel Fermentation of Rice Wine (2021)
  • 著者名/発表者名: Kozaki Daisuke、Yamamoto Atsushi、Tanihata Souma、Yamato Naoki、Mori Masanobu、Nose Akira、Asano Tohru、Yoshinaka Taichi、Hirano Kentarou
  • 雑誌名: Food Analytical Methods 巻: 14 ページ: 290～299
  • DOI: 10.1007/s12161-020-01868-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous capillary electrophoresis of anions and cations in a single injection using an anion exchanger-modified capillary for determination of salivary ions in combination with statistical analyses (2021)
  • 著者名/発表者名: Mori Masanobu、Aoyagi Keisuke、Tomoda Toshihiro、Ishikawara Fumi、Sakamoto Shou、Myochin Hironori、Kuga Midori、Kozaki Daisuke、Ohshima Noriyasu、Izumi Takashi、Itabashi Hideyuki、Shoho Yoshifumi、Yoshida Akihiro、Tsunekawa Katsuhiko、Kimura Takao、Murakami Masami
  • 雑誌名: Journal of Chromatography A 巻: 1635 ページ: 461647～461647
  • DOI: 10.1016/j.chroma.2020.461647
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative analysis of the formation mechanism of tightly bound rubber by using carbon-coated alumina nanoparticles as a model filler (2021)
  • 著者名/発表者名: Hoshikawa Yasuto、Kawaguchi Rei、Nomura Keita、Akahane Hidenobu、Ishii Takafumi、Ando Mariko、Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki、Yamada Hiroshi、Kyotani Takashi
  • 雑誌名: Carbon 巻: 173 ページ: 870～879
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2020.11.074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrodialytic Handling of Radioactive Metal Ions for Preparation of Tracer Reagents (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugo Yumi、Miyachi Ryoma、Maruyama Yo-hei、Ohira Shin-Ichi、Mori Masanobu、Ishioka Noriko S.、Toda Kei
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 92 ページ: 14953～14958
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.0c02456
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of evaluation method for photocatalytic ability by ion chromatography combined with a flow-type reactor: Application to immobilized photocatalyst materials prepared by double-layer coating method (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugita Tsuyoshi、Kobayashi Kentaro、Yamazaki Taiki、Isaka Mayu、Itabashi Hideyuki、Mori Masanobu
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 400 ページ: 112662～112662
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2020.112662
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pd- and Au-Induced Circular and Fibrous Polymer Gelation via Thiocarbonyl Groups and High Pd Catalyst Activity (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagai Daisuke、Kubo Ayaka、Morita Moeko、Shimazaki Naoyuki、Maki Yasuyuki、Takeno Hiroyuki、Mori Masanobu、Uehara Hiroki、Yamanobe Takeshi
  • 雑誌名: ACS Applied Polymer Materials 巻: 2 ページ: 2211～2219
  • DOI: 10.1021/acsapm.0c00198
  • 査読あり
• [雑誌論文] Variations in Cadmium Concentrations in Rice and Oxidation-Reduction Potential at the Soil Surface with Supplementation of Fermented Botanical Waste-based Amendment in Large-scale Farmland (2020)
  • 著者名/発表者名: WADA Nobuhiko、DI Gao、ITABASHI Hideyuki、MORI Masanobu、LIN Yusuo、DENG Shaopo、XU Weiwei、GUO Weiwei、LUO Yuanheng、ZHU Dianyu
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 36 ページ: 531～538
  • DOI: 10.2116/analsci.19SBP01
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Selective Recovery of Copper(II) from Incineration Ash Produced from a Municipal Waste Incineration Facility Using a Flow-through Type Electrolysis Method (2020)
  • 著者名/発表者名: MORI Masanobu、HONDA Satoshi、KOZAKI Daisuke
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 36 ページ: 611～615
  • DOI: 10.2116/analsci.19SBN01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Understanding the chemical structure of carbon edge sites by using deuterium-labeled temperature-programmed desorption technique (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishii Takafumi、Ozaki Jun-ichi
  • 雑誌名: Carbon 巻: 161 ページ: 343～349
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2020.01.079
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemistry and Carbon Materials Chemistry: Preparation of Carbon-based Materials Using Controlled Carbonization for Advanced Electrochemical Applications (2020)
  • 著者名/発表者名: OZAKI Jun-ichi
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 88 ページ: 343～343
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.20-V6401
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Solvent Extraction of Zr and Hf from HCl by Aliquat 336 using a Flow-Type Extraction Apparatus Toward Online Chemical Studies of Element 104, Rutherfordium (2020)
  • 著者名/発表者名: Kasamatsu Yoshitaka、Kondo Narumi、Nakamura Kouhei、Kuboki Yuki、Ninomiya Hidemi、Shigekawa Yudai、Watanabe Eisuke、Yasuda Yuki、Toyomura Keigo、Nagase Masahiro、Yokokita Takuya、Komori Yukiko、Haba Hiromitsu、Yoshimura Takashi、Itabashi Hideyuki、Shinohara Atsushi
  • 雑誌名: Solvent Extraction and Ion Exchange 巻: 38 ページ: 318～327
  • DOI: 10.1080/07366299.2020.1726075
  • 査読あり
• [学会発表] キャピラリー電気泳動法を用いた唾液中イオンの分析と生理活性物質との関係 (2020)
  • 著者名/発表者名: 森 勝伸
  • 学会等名: 第27回クロマトグラフィーシンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] カラム型フロー電解セルを用いた医療用放射性銅の分離とイオン抽出デバイスによる精製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 丸山洋平, 須郷由美, 宮地凌摩, 山崎直享, 大平慎一, 戸田 敬, 石岡典子, 森 勝伸
  • 学会等名: 第80回分析化学討論会
• [学会発表] グラフェン構造を有するリグニン由来のカーボン生成の機構解明（Ⅰ） (2020)
  • 著者名/発表者名: 生田雄己, 森 みかる, 田村隆典, 久安駿弘磨, 小﨑大輔, 石井孝文, 尾崎純一, 森 勝伸
  • 学会等名: 第69回分析化学年会
• [学会発表] 重金属イオンを担持させたリグニンからの機能性炭素材料への変換技術 (2020)
  • 著者名/発表者名: 久安駿弘磨, 森みかる, 田村隆典, 生田雄己, 小崎大輔, 石井孝文, 尾崎純一, 森 勝伸
  • 学会等名: 第69回分析化学年会
• [学会発表] リグニンから機能性炭素材料の生成におけるNH3処理の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田村隆典, 森みかる, 久安駿弘磨, 生田雄己, 小﨑大輔, 石井孝文, 尾崎純一, 森 勝伸
  • 学会等名: 日本化学会中国四国支部大会
• [産業財産権] 分離装置、分離方法、RI分離精製システムおよびRI分離精製方法 (2020)
  • 発明者名: 森 勝伸, 大平慎一, 戸田 敬, 須郷由美, 石岡典子
  • 権利者名: 森 勝伸, 大平慎一, 戸田 敬, 須郷由美, 石岡典子
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2020-514458
• [産業財産権] 分離装置、分離方法、RI分離精製システムおよびRI分離精製方法 (2020)
  • 発明者名: 森 勝伸, 大平慎一, 戸田 敬, 須郷由美, 石岡典子
  • 権利者名: 森 勝伸, 大平慎一, 戸田 敬, 須郷由美, 石岡典子
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2019/016800
  • 外国