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2013 年度 実績報告書

炭素触媒による植物バイオマスの有用化学品への変換

研究課題

研究課題/領域番号 23760734
研究機関北海道大学

研究代表者

小林 広和  北海道大学, 触媒化学研究センター, 助教 (30545968)

キーワード炭素 / 固体触媒 / セルロース / 酸化
研究概要

アルカリ賦活炭はセルロースの加水分解に高い活性を示すが、賦活に水酸化カリウムが必要なこと、アルカリ廃液が出ること、炭素の塩酸による洗浄が必要なことが欠点であった。そこで、アルカリ賦活に替わる簡便な炭素触媒の調製法として特に空気酸化を行い、また過酸化水素酸化・硝酸酸化も試みた。安価な水蒸気賦活炭にこれらの処理を行ったところ、特に空気酸化が高い触媒活性を示し、アルカリ賦活と同等以上の活性が発現することを見出した。空気酸化を行うことにより、炭素表面のカルボキシル基が80から900 μmol/gに、ラクトン基が30から620μmol/gに、フェノール基が100から190μmol/gに増加した。これら付与された官能基が活性点になったと考えられる。
次に、炭素触媒を加水分解以外の反応に応用した。セルロースの加メタノール分解反応を実施した結果、メチルグルコースが収率60%で得られた。また、加エタノール分解ではエチルグルコースが収率44%で生成した。従来、加エタノール分解には可溶性の酸が必要と考えられてきたが、固体触媒により本反応を達成することができた。
また、炭素触媒によるエステル交換反応を実施した。トリラウリンとメタノールを反応させたところ、76℃の低温でもラウリン酸メチルが生成することが分かった。炭素のスクリーニングを行い、特にアセトニトリルのCVDにより窒素をドープした炭素が高い活性を示すことを見出した。ラウリン酸メチルの収率は最高でまだ9%と低いものの、炭素触媒は耐熱性が高いため、反応温度を上昇させれば高収率化が期待できる。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2014 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Entropically Favored Adsorption of Cellulosic Molecules onto Carbon Materials through Hydrophobic Functionalities2014

    • 著者名/発表者名
      Mizuho Yabushita、Hirokazu Kobayashi、Jun-ya Hasegawa、Kenji Hara、Atsushi Fukuoka
    • 雑誌名

      ChemSusChem

      巻: Vol. 7 ページ: 1443-1450

    • DOI

      10.1002/cssc.201301296

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative evaluation of ball-milling effect on hydrolysis of cellulose catalysed by activated carbons2014

    • 著者名/発表者名
      Mizuho Yabushita, Hirokazu Kobayashi, Kenji Hara, Atsushi Fukuoka
    • 雑誌名

      Catalysis Science & Technology

      巻: 未定 ページ: 未定

    • DOI

      10.1039/C4CY00175C

    • 査読あり
  • [学会発表] Catalysis of Activated Carbons for Hydrolysis of Cellulose

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Kobayashi
    • 学会等名
      Energy Biosciences Institute Special Seminar
    • 発表場所
      University of California, Berkeley (USA)
    • 招待講演
  • [学会発表] 固体触媒による難分解性糖高分子からの基幹化学品合成

    • 著者名/発表者名
      小林広和
    • 学会等名
      2013年度北海道高分子若手研究会
    • 発表場所
      北海道大学 (札幌市)
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthesis of Sugar Compounds from Cellulose over Heterogeneous Catalysts

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Kobayashi, Atsushi Fukuoka
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on MEXT Project of Integrated Research on Chemical Synthesis
    • 発表場所
      西新プラザ (福岡市)
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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