鉄触媒炭化二段法によるウッドリファイナリーの構築とナノ炭素からの高機能材料の開発

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21380106
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 木質科学
• 研究機関: 北見工業大学
• 研究代表者: 鈴木 勉 北見工業大学, 工学部, 教授 (20125389)
• 研究分担者: 玉井 久司 広島大学, 工学研究科, 准教授 (40106802) ; 喜多 英敏 山口大学, 理工学研究科, 教授 (10177826) ; 田中 一宏 山口大学, 理工学研究科, 准教授 (30188289) ; 岡崎 文保 北見工業大学, 工学部, 准教授 (10213927) ; 斎藤 幸恵 東京大学, 農学生命科学研究科, 准教授 (30301120)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: バイオマス / 再生可能エネルギー / ナノ材料

研究概要

針葉樹、広葉樹にFe原料塩を水溶液含浸で金属として3wt%添加し、850℃-1h炭化を行った。500℃以下で生成する軽質タールとこの温度以上で発生する可燃ガスの燃料品質及び結晶性メソ孔炭素の導電性フィラーと高分子液相吸着性能を詳しく調査した。先行する900°C-1hのニッケル炭化と比較した結果、このFe触媒炭化法の機能性炭素と流体燃料を併産するウッドリファイナリー法としての実操業有望性が実証された。このことに関係して、Fe原料塩として硝酸塩より酢酸塩が環境負荷の点から適当であると判定された。さらに、500℃のFe一次炭の新しい用途として電気二重層キャパシタ電極炭素としての適性が700- 900℃CのKOH賦活を行って調査された。量子ドットとして存在する木炭中のFe超微粒子はKOH賦活中にメソ孔を効果的に発達させるので、この目的の市販活性炭より高い電極性能を発揮した。従って、このFe木炭由来電極は実用性が高いと判定された。

研究成果

• [雑誌論文] Electron microscope study of the formation of graphitic nano- ructures in nickel-loaded wood char (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kodama、K. Sato、K. Suzuki、Y. Saito、T. Suzuki、T. J. Konno
  • 雑誌名: Carbon 巻: 50巻 ページ: 3486-3496
  • 査読あり
• [雑誌論文] Liquid phase adsorption of macromolecules by crystallized mesoporous wood carbon obtained by nickel-catalyzed carbonization of larch at 900°C (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki、K. Suzuki、K. Hattori、N. Okazaki、Y. Saito、H. Kita、H. Tamai
  • 雑誌名: Wood Carbonization Research 巻: 9巻1号(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electro- conductivity of Softwood and Hardwood Carbons Prepared by Nickel- and Iron- Catalyzed Carbonizations (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki、M. Kikuchi、R. Watanabe、D. Kawakami、K. Suzuki、N. Okazaki、Y. Saito、H. Kita、H. Tamai
  • 雑誌名: Trans. MRS-J 巻: 37巻3号
  • 査読あり
• [雑誌論文] 木質バイオマスの鉄触媒炭化による流体燃料と機能性炭素の併産 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 勉、川上大輔、鈴木京子、服部和幸
  • 雑誌名: 日本エネルギー学会誌 巻: 90巻4号 ページ: 541-546
  • 査読あり
• [雑誌論文] Production of Functional Carbon by Iron-Catalyzed Carbonization of Biomass-Effect of Washing with Acid Followed by Atmospheric Oxidation on the Electroconductivity of Crystallized Meso- porous Wood Carbon (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki、T. Shinomoto、H. Matsuzaki、K. Suzuki、N. Okazaki、Y. Saito、H. Kita、H. Tamai
  • 雑誌名: Trans. MRS-J 巻: 36巻3号 ページ: 417-420
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfuric Acid Intercalation and Exfoliation of Nano Shell Carbon from Ni-catalyzed Wood Char (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Saito、K. Kuwata、K. Suzuki、T. Suzuki
  • 雑誌名: Trans. MRS-J 巻: 36巻3号 ページ: 425-428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Steam-gasification reactivity of iron-loaded eucalyptus char prepared by carbonization at 500°C (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki、T. Masaki、Y. Umezawa、H. Monobe、T. Noma
  • 雑誌名: Proc. Renewable Energy 2010 ページ: O-Bm-8-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] 900℃ニッケル触媒炭素化で調製した木質炭素化物の導電性とナノ構造 (2009)
  • 著者名/発表者名: 鈴木京子、鈴木 勉、斎藤幸恵、喜多英敏、佐藤和久、今野豊彦
  • 雑誌名: 炭素 巻: No.239 ページ: 169-171
  • 査読あり
• [学会発表] グラファイトシェル構造を持つ鉄触媒木質炭素化物の電顕観察とその性質 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木京子、鈴木 勉、斎藤幸恵、喜多英敏、佐藤和久、今野豊彦
  • 学会等名: 第37回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 姫路
  • 年月日: 20121200
• [学会発表] Production of Functional Wood Carbon by Nickel- or Iron-Catalyzed Carbonization (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki
  • 学会等名: Workshop of Brazil-Japan Biomass-Biotechnology
  • 発表場所: Rio de Janeiro、Brazil
  • 年月日: 20120315-17
• [学会発表] 量子ドットを利用したスーパーキャパシタ用木質炭素材料の開発-鉄およびニッケル量子ドットの作用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木京子、小泉祐太、金子明俊、坂下修也、鈴木 勉
  • 学会等名: 第62回日本木材学会大会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20120300
• [学会発表] 鉄触媒炭化木炭からの高機能性炭素材料の開発-電気二重層キャパシタ電極としての応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菊地貴志、正木壮宙、鈴木京子、鈴木 勉、玉井久司
  • 学会等名: 第5回バイオマス科学会議
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20120100
• [学会発表] 鉄触媒炭化木炭の高分子液相吸着性能に及ぼすCO2エッチング処理の効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 竹田龍真、河井卓也、鈴木京子、鈴木 勉
  • 学会等名: 第7回バイオマス科学会議
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 20120100
• [学会発表] Electroconductivity of Softwood and Hardwood Carbons Prepared by Nickel- and Iron-Catalyzed Carboniza- tions (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki
  • 学会等名: 第21回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20111200
• [学会発表] EDLC Characteristics of Iron-loaded Wood Char Activated with KOH (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Koizumi、S. Sakashita、K. Suzuki、T. Suzuki、H. Tamai
  • 学会等名: 第21回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20111200
• [学会発表] カーボンシェルチェーンを持つ木炭の高分子吸着特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木京子、竹田龍真、鈴木 勉
  • 学会等名: 第38回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20111100
• [学会発表] 木質バイオマスの鉄系触媒炭化による流体燃料と機能性炭素の共生産 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木勉
  • 学会等名: 第68回触媒討論会
  • 発表場所: 北見
  • 年月日: 20110900
• [学会発表] Production of functional carbon by iron-catalyzed carbonization of woody biomass - effect of washing with acid followed by atmospheric oxidation as post-treatments on the electroconductivity of crystallized meso- porous wood carbon (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki、K. Suzuki、N. Okazaki、Y. Saito、H. Kita、H. Tamai
  • 学会等名: International Symposium on Provide Energy Potential Biomass
  • 発表場所: Nantou、Taiwan
  • 年月日: 20110709-10
• [学会発表] 広葉樹850°C炭化鉄炭の水蒸気エッチングによる高分子液相吸着能の向上 (2011)
  • 著者名/発表者名: 前田洋介、竹田龍真、鈴木京子、鈴木 勉
  • 学会等名: 第9回木質炭化学会
  • 発表場所: 秋田
  • 年月日: 20110600
• [学会発表] 鉄触媒二段炭化によるウッドリファイナリー (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 勉、鈴木京子、岡崎文保、玉井久司、喜多英敏、斎藤幸恵
  • 学会等名: 第61回日本木材学会大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20110300
• [学会発表] 触媒炭化木炭からの電気二重層キャパシタ用電極の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小泉祐太、坂下修也、鈴木京子、鈴木 勉、玉井久司
  • 学会等名: 第61回日本木材学会大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20110300
• [学会発表] 鉄触媒炭化木炭の高分子液相吸着性能に及ぼす水蒸気エッチング処理の効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 竹田龍真、前田洋介、鈴木京子、鈴木勉
  • 学会等名: 第6回バイオマス科学会議
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20110100
• [学会発表] Production of Functional Carbon by Iron-Catalyzed Carbonization of Biomass (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki
  • 学会等名: 第20回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20101200
• [学会発表] Application of Wood Carbon Obtained by Iron-Catalyzed Carbonization at 850°C As an Electroconductive Filler (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Shinomoto、H. Matsuzaki、K. Suzuki、T. Suzuki
  • 学会等名: 第20回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20101200
• [学会発表] Steam-gasification reactivity of iron-loaded eucalyptus char prepared by carbonization at 500℃ (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki、T. Masaki、Y. Umezawa、H. Monobe、T. Noma
  • 学会等名: Renewable Energy 2010
  • 発表場所: Yokohama、Japan
  • 年月日: 20100627-0702
• [学会発表] Nanostructure and morphology of Wood Carbon Observed by Low Voltage Electron Microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Sato、T. J. Konno、K. Suzuki、T. Suzuki
  • 学会等名: Recent Trends in Charged Particle Optics and Surface Physics Instrumentation、12th Seminar
  • 発表場所: Skalsky dvur、Czech Republic
  • 年月日: 20100531-0604
• [学会発表] 鉄系金属触媒炭素化で得られる木質炭素化物のユニークなナノ構造 (2009)
  • 著者名/発表者名: 鈴木京子、鈴木 勉、斎藤幸恵、喜多英敏, 佐藤和久, 今野豊彦
  • 学会等名: 第36回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20091200
• [学会発表] Higher Electroconductivity of Hardwood Char Obtained by Iron-Catalyzed Carbonization Compared to the Corresponding Softwood Char (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki、M. Kikuchi、K. Suzuki、N. Okazaki、Y. Saito、H. Kita
  • 学会等名: 第19回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20091200
• [学会発表] Two Steps Nickel- or Iron-Catalyzed Carbonization for Wood Refinery (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki、K. Suzuki
  • 学会等名: The 6th Biomass-Asia Workshop
  • 発表場所: Hiroshima、Japan
  • 年月日: 20091118-20
• [学会発表] 木タールを前駆体とした炭素膜の浸透気化分離性能 (2009)
  • 著者名/発表者名: 生田敬雅、古賀智子、田中一宏、喜多英敏、鈴木 勉
  • 学会等名: 化学工学会第41回秋季大会
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 20090900
• [学会発表] Sulfuric acid intercalation of wood char with developed turbostratic structure (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Saito、K. Kuwata、K. Suzuki、T. Suzuki
  • 学会等名: Carbon 2009
  • 発表場所: Biarritz、France
  • 年月日: 20090614-19
• [図書] バイオマスハンドブック第2版（分担執筆）、日本エネルギー学会編 (2009)
  • 総ページ数: 120-128
  • 出版者: オーム社
• [産業財産権] 水素製造方法、水素製造用木炭の製造方法及び水素製造用木炭 (2012)
  • 発明者名: 鈴木 勉、鈴木京子
  • 権利者名: 鈴木 勉、北見工業大学
  • 産業財産権番号: 特許願
  • 出願年月日: 2012-03-29
• [産業財産権] 有機物のガス化装置 (2010)
  • 発明者名: 八田昭道、國井大蔵、鈴木勉
  • 権利者名: 八田昭道
  • 産業財産権番号: 特許
  • 取得年月日: 2010-07-09