| 研究概要 |
非食用バイオマスから化学資源を得ることが期待されている中,特にセルロースからグルコースへの変換が注目されている,しかし,セルロースは,1,4-β-グリコキシド結合で繋がったセルロース分子鎖の分子内及び分子間に多くの水素結合を形成することで,結晶性が高く化学的に非常に安定である,本研究では,セルロースの加水分解反応に対する水蒸気の効果を解明し,更にその水蒸気反応おけるギ酸蒸気などの触媒作用を検討することにより,新たなセルロース糖化法の開発を目的とした.
反応容器は密閉式オートクレーブを用いた.市販のセルロースAvicel粉末と水もしくはギ酸水溶液を,窒素雰囲気下で導入して密閉し,150～230℃に加熱した.生成物の分析はHPLC,全有機炭素計で行い,反応後のセルロース残渣は,重量測定,粉末XRD,SEM,固体NMR,粘度計で評価した.
水蒸気反応法によるセルロースの加水分解を,水熱反応法と比較した.水熱反応において,グルコースの最大収率は220℃時の13C-%であったのに対し,水蒸気反応では200℃時の23C-%と向上した.水蒸気中では水分子が個々に動くことで,セルロース岡体内のグリコシド結合にアクセスしやすくなり,そのために加水分解が促進したと考えられる.また,最適な反応温度が低くなったためにグルコースの過分解反応が抑制されたことも、グルコース収率の向上に寄与したと考えられる.次に,ギ酸を導入したところ,グルコース収率が最大となる温度は190℃と低くなり、ギ酸蒸気の触媒効果が確認された.しかし,その時のグルコース収率は24C-%であり,ギ酸が無い場合と比べて大きな向上はなかった.それはギ酸がセルロースの加水分解だけではなく,グルコースの過分解にも触媒作用を示したためと考えられる.反応後セルロース残渣の分析より,水蒸気中ではセルロースの非晶質化が促進されやすくなり,そのためにより低温でセルロースの加水分解反応が起こったと考えられる.
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