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2019 年度 実績報告書

植物組織を最大限活用した機能物質の選択抽出と高性能電気二重層キャパシタ電極の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K06031
研究機関九州工業大学

研究代表者

坪田 敏樹  九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (10304750)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード活性炭 / 竹 / 二段階賦活 / 電気二重層キャパシタ / カスケード利用
研究実績の概要

植物の組織構造を最大限に利用して、高性能な電気二重層キャパシタ電極材料を作製する研究として、竹を原料として研究を進めてきた。竹を加圧熱水処理するとヘミセルロースであるキシランが選択的に加水分解されて水相に溶出できることが知られている。加圧熱水処理により竹からキシランをキシロオリゴ糖として取り出せば、キシロオリゴ糖を高付加価値製品として利用できる。加圧熱水後の竹の固体残渣を原料として高性能な電気二重層キャパシタ電極材料すれが、竹から段階的に高付加価値製品を製造する「竹のカスケード利用」が実現できる。植物の組織構造から特定成分が選択的に除去された状態は、存在する有機化合物の種類が減少することによる熱分解挙動の単純化の可能性と特定成分が溶出したことによる細孔の形成の可能性があり、多孔質炭素材料の前駆体として適している可能性がある。そこで、「竹のカスケード利用」を目指してを加圧熱水処理した後の固体残渣について昨年度に引き続き、この固体残渣を原料として多孔質炭素材料を作製する実験を進めた。これまでの昨年度までの研究の成果として、この固体残渣を原料として従来の薬品賦活の試薬(KOH, ZnCl2, H3PO4)を使用して賦活ができることを見出している。また、細孔径分布を制御することを目的として、メソ細孔を形成できる賦活(ZnCl2, H3PO4)とミクロ細孔を形成する賦活(KOH, CO2)の二種類の賦活方法を段階的に行う、二段階賦活を行った。その結果、当初想定していた、細孔径のピークが(ミクロ細孔+メソ細孔)のような細孔径分布とはならず、細孔径分布の広いミクロ細孔、のような状態になった。この材料の静電容量は一段階の通常のKOH賦活の試料と比較してわずかに性能向上が見られた。当初想定していなかった結果として原料から多孔質炭素材料までの収率が二段階賦活にしたほうが向上することがわかった。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] HUS-VNU/VAST-USTH(ベトナム)

    • 国名
      ベトナム
    • 外国機関名
      HUS-VNU/VAST-USTH
  • [国際共同研究] Hellenic Mediterranean University(ギリシャ)

    • 国名
      ギリシャ
    • 外国機関名
      Hellenic Mediterranean University
  • [国際共同研究] University of Cyprus(キプロス)

    • 国名
      キプロス
    • 外国機関名
      University of Cyprus
  • [雑誌論文] KOH activation of solid residue of Japanese citron after extraction by microwave process and property as EDLC electrode2020

    • 著者名/発表者名
      Tsubota Toshiki、Hohshi Yukina、Ohno Teruhisa、Kumagai Satoshi
    • 雑誌名

      Journal of Porous Materials

      巻: 27 ページ: 727~734

    • DOI

      10.1007/s10934-019-00855-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Release kinetics of potassium from silica‐rich fern‐derived biochars2020

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Anh T. Q.、Bui Tu A.、Mai Nga T.、Tran Hien T.、Tran Son V.、Nguyen Nam H.、Tsubota Toshiki、Shinogi Yoshiyuki、Dultz Stefan、Nguyen Minh N.
    • 雑誌名

      Agronomy Journal

      巻: 112 ページ: 1713~1725

    • DOI

      10.1002/agj2.20209

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Utilization of pine tree biochar produced by flame-curtain pyrolysis in two non-agricultural applications2020

    • 著者名/発表者名
      Kalderis Dimitrios、Tsuchiya Shion、Phillipou Katerina、Paschalidou Polyxeni、Pashalidis Ioannis、Tashima Daisuke、Tsubota Toshiki
    • 雑誌名

      Bioresource Technology Reports

      巻: 9 ページ: 100384~100384

    • DOI

      10.1016/j.biteb.2020.100384

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Humidity adsorption characteristics of Moso bamboo charcoal oxidized at room temperature by HNO32020

    • 著者名/発表者名
      Viet Dang Duc、Tsubota Toshiki、Shinogi Yoshiyuki
    • 雑誌名

      Journal of the Indian Academy of Wood Science

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1007/s13196-019-00251-y

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fern Dicranopteris linearis-derived biochars: Adjusting surface properties by direct processing of the silica phase2019

    • 著者名/発表者名
      Mai Nga T.、Nguyen Nam H.、Tsubota Toshiki、Shinogi Yoshiyuki、Dultz Stefan、Nguyen Minh N.
    • 雑誌名

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      巻: 583 ページ: 123937~123937

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2019.123937

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Preparation of carbon material derived from Fern Dicranopteris linearis and performance of activated sample as EDLC electrode2019

    • 著者名/発表者名
      T. Tsubota, S. Takahashi, Nga T. Mai, Quang V. Pham, Minh N. Nguyen and Nam H. Nguy
    • 学会等名
      第29回日本MRS年次大会
  • [学会発表] Qualitative assessment of biochar produced from low technology pyrolysis towards non-agricultural applications2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiki Tsubota, Shion Tsuchiya, Dimitrios Kalderis, Ioannis Pashalidis, Daisuke Tashima
    • 学会等名
      IBI biochar world congress 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Combination of H3PO4 activation and (KOH or CO2) activation to bamboo residue after hot compressed water treatment and performance as electrode of electric double layer capacitor2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiki Tsubotaa, Kotaro Ishimoto, Kentaro Hayashi, Daisuke Tashima
    • 学会等名
      ICPAC Yangon 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 理工系の大学基礎化学2019

    • 著者名/発表者名
      相樂隆正/共編著 海野雅司/共編著
    • 総ページ数
      210
    • 出版者
      培風館
    • ISBN
      978-4-563-04629-3
  • [産業財産権] 電気二重層キャパシタ及び電気二重層キャパシタの製造方法2019

    • 発明者名
      小野寺英晴、坪田敏樹
    • 権利者名
      セイコーインスツル、九州工業大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-035985

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公開日: 2021-01-27  

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