| 研究課題/領域番号 |
18K05762
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
南 英治 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (00649204)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | バイオマス / セルロース / ヘミセルロース / リグニン / 低温プラズマ |
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| 研究実績の概要 |
これまでに、セルロース試料（濾紙）やリグノセルロース試料（スギ）の分解挙動を検討しており、いずれもグロー放電プラズマ中で完全にガス化することが示されている。しかし、リグノセルロースの細胞壁構成成分（セルロース、ヘミセルロース及びリグニン）のそれぞれの分解挙動の違いは明らかになっていなかった。そこで初年度の2018年度には、セルロース試料として微結晶セルロース（アビセル）、ヘミセルロース試料として単離キシラン、リグニン試料としてクラーソンリグニン（KL）及び摩砕リグニン（MWL）を用い、それぞれの分解挙動を比較した。これらの試料をそれぞれグロー放電プラズマ中で処理した結果、アビセル≒MWL ＞ キシラン≒KLの順に分解速度が速かった。一方、試料のBET比表面積には差があったため、比表面積当たりの分解速度で比較したところ、キシラン＞アビセル＞MWL≒KLの順であった。さらに、プラズマ処理後の固体残渣をFT-IR分析した結果、処理前の試料のFT-IRスペクトルとは有意な差はなく、分解反応は固体試料の表面で起こっていると考えられた。そのため、実際の分解速度はヘミセルロース＞セルロース＞リグニンの順に高いものと示唆される。このように、化学構造の違いによってプラズマ中での分解挙動に差が見られた一方、結合様式が大きく異なる二種のリグニン試料（KL及びMWL）の間には差が全く見られなかったことは興味深い。それぞれの試料における生成ガスの組成や中間生成物を詳細に調べていくことにより、低温プラズマ中でのバイオマスの分解挙動がより深く明らかにされていくものと期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
リグノセルロースの細胞壁構成成分の分解挙動の違いが明らかにされつつある。同時に、次年度以降に計画している無機室複合化木材からの木質の除去による新規材料創製の予備検討や、生成ガス分析の信頼性向上のための検討も進めることができた。以上より、概ね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
リグノセルロースの細胞壁構成成分の分解挙動の他、酸化チタン、グラファイト等の無機材料の挙動も比較している。これらは予想通り低温プラズマ中では全く分解しないことが確認されたため、今後は無機室複合化木材を調製してプラズマ処理を行い、木材細胞壁構造を反映した無機材料の製造を試みる。一方、グラファイトも全く分解しないことから、木炭の低温プラズマ処理も興味深いと考えられる。木炭には木材由来の官能基が残されており、これらは炭化条件によって複雑に異なるが、低温プラズマ処理によって木炭表面の官能基を制御できる可能性もあるため、今後の検討に加えることとした。雰囲気ガスの違いによる分解挙動の比較については、最終年度に実施する予定である。
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