| 研究課題/領域番号 |
20K12240
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| 研究機関 | 秋田県立大学 |
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研究代表者 |
高橋 武彦 秋田県立大学, システム科学技術学部, 准教授 (50315636)
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| 研究分担者 |
小笠原 正剛 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (40431613)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | バイオマス / 乾式粉砕 / 解きほぐし / ファイバー / バイオリファイナリー / 地球温暖化 |
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| 研究実績の概要 |
植物由来の新材料であるセルロースナノファイバー（CNF）の利用が「脱炭素社会を引き寄せるイノベーションの加速化」として期待されている．そこで本研究では，乾式粉砕をキーとしたセルロースミクロフィブリルを解きほぐしとファイバー化を行う手法の確立について研究を行い，本年度は以下の成果を得た．
１．既存の300㎜サイズのタンデムリングミルに，オゾンを流入させるオゾン供給装置を設置して，実験装置(オゾン付加粉砕装置)を構成し，安定したオゾン供給が可能であることを確認した．２．本装置を用いて含水率を15％以下に調整したスギ粗粉末800gを用いて，オゾンガス付加粉砕試験を行い，その効果を検討した．その結果，外径252㎜の粉砕媒体を用いたことにより今回のオゾン供給濃度（350，1000mg/h）では，オゾン付加効果より粉砕力の効果が大きくなり，明確な差異を確認することが出来なかった．３．しかし，スギ粗粉末の含水率を20％以上とすることで，繊維の解きほぐしとなる解繊効果を確認した．これは水が含まれることでのクッション効果が有効に作用したものと考える． ４．また，粉砕容器に転動を与える粉砕方式を利用して，せん断優位粉砕と圧縮優位粉砕を実施した．容器を転動させずに媒体との速度差が大きい状態で粉砕するせん断優位粉砕を行うことで，セルロース繊維のドメインサイズが約18nmから8nmに減少しても，セルロースの結晶性が保たれることが確認できた．一方で，粉砕容器を粉砕媒体の転動方向に回転させた圧縮優位粉砕では，セルロースの結晶性の低下が著しい．
以上より，本装置での粉砕力をベースとしてたせん断優位粉砕により，スギ粗粉末にクッション効果を付加した状態で粉砕を行えばファイバー化を進められるものと期待できる．しかし，オゾンの濃度不足により複合効果の検討が不十分であったため，オゾン濃度を上げた検証が必要と考える．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
既存の300㎜サイズのタンデムリングミルで，オゾンガスを外部から流入させた粉砕試験を行った結果では，オゾン供給濃度が不足しオゾンの効果より粉砕力の効果大きくなり，明確な差異を確認することが出来なかった．結果として，スギ粗粉末の含水率を20％以上とすることで，繊維の解きほぐしとなる解繊効果を確認しものの，オゾンの濃度不足により複合効果の検討が不十分であったため，オゾン濃度を上げた検証が必要と考える．
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| 今後の研究の推進方策 |
スギ粗粉末の粉砕よるリグノセルロース繊維のほぐれを進行させるファイバー化においては20％を超える含水率が有効であった．これに対するオゾン濃度の影響を検討した上で，粉砕量，振動数などの条件を変えてその構造変化を調べる．また，含水率によるクッション効果が有効であるとすると，逆に含まれる水の影響により，粉砕が進行することで粒子同士の凝集が進み，ほぐれた状態を維持しにくくなるなどの問題が生じると考えられる．これに対しては，クッション効果を与えるが疎水性である溶剤によるクッション性の付与が有効と考えられるため，エタノール，アセトン，無水酢酸などを用いたファイバー化の効果についても併せて検討する．構造評価は，粒径測定，酵素加水分解，X線回折装置に加えて，次に示す固体NMR測定によるドメインサイズ評価により実施する．
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