2013 年度実施状況報告書

アルカリ性マンガン添加酸素および酸性マンガン逐次処理による新規漂白法の構築

研究課題

研究課題/領域番号	25450237
研究種目	基盤研究(C)
研究機関	東京大学
研究代表者	横山朝哉東京大学, 農学生命科学研究科, 准教授 (10359573)
研究期間 (年度)	2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード	リグニン / マンガン / 酸化 / 酸素 / 漂白 / パルプ / 多糖類
研究概要	本研究では、酸素漂白過程において重大な問題である多糖類の分解を抑制し、選択的に脱リグニンを可能とする新技術として、アルカリ性マンガン添加酸素および酸性マンガン逐次処理による漂白法を構築することを目的として、モデル化合物を用いた本逐次漂白技術の基礎的知見の蓄積と最適反応条件の確立、および、パルプを用いたその有効性の確認を行う。本年度は、マンガンの再利用において必要となる本逐次処理後段後に得られる二価マンガンイオンの二酸化マンガンへの空気酸化の過程に関する実験、および、いくつかの使用する二量体フェノール性および非フェノール性リグニンモデル化合物の合成を行った。前者は、システムのクローズド化のために必要な処理である。マンガンは、アルカリ性下では二酸化マンガンとして安定に存在するため、二価のマンガンイオンはアルカリ性下で空気中の酸素によって酸化され、二酸化マンガンとなる。これに伴い酸素は還元され過酸化水素となるが、これは二酸化マンガンの触媒効果によって酸素と水に分解される。二価のマンガンイオン(硫酸マンガン)をアルカリ性下で空気をバブリングして酸素酸化に供した後、酸性下においてヨウ素およびチオ硫酸ナトリウムを用いて滴定したところ、計算上使用した二価マンガンイオンの約７０％程度のみが二酸化マンガンに変換されていた。この理由として、二価のマンガンイオンをアルカリ性水溶液に加えると、まず水酸化マンガン等として沈殿するが、酸化反応がこの沈殿の中心部まで到達しなかった可能性が考えられた。また、一部の二価のマンガンイオンの酸化が、二酸化マンガンではなく、三価のマンガンで停止した可能性も考えられた。二量体β－Ｏ－４型リグニンモデル化合物としてもっとも一般的な、グアイアシルおよびベラトリルグリセロール-β-グアイアシルエーテルの合成を行い、今後の実験に必要となる量を得た。
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上記のように、本年度は、マンガンの再利用において必要となる本逐次処理後段後に得られる二価マンガンイオンの二酸化マンガンへの空気酸化の過程に関する実験、および、いくつかの使用する二量体フェノール性および非フェノール性リグニンモデル化合物の合成を行った。前者では、空気酸化を行う際および滴定の際の条件設定に当初の予定より時間を要した。後者は、当初の予定通りの時間で終えられた。したがって、全体としてはやや遅れた進行状況である。
今後の研究の推進方策	第一の方針として、二価マンガンイオンの二酸化マンガンへの空気酸化過程の解析に続いて、二酸化マンガンによるリグニンモデル化合物の酸化過程に関する解析を行う予定である。この酸化過程は酸性下で行われるが、本逐次処理の後段としては、前段で得られたパルプ中の多糖類の分解を抑制するため、なるべく高いpHが望ましい。温度は前段の熱を持っているためある程度高くても大きな問題とはならない。これらのことを考慮し、リグニンモデルが酸化可能ではあるが、可能な限り高いpHの条件を確立することが必要である。第二の方針として、α－カルボニル型や特殊な縮合型等の構造を持つ、前段のアリカリ性マンガン添加酸素処理では分解され難いリグニンモデル化合物を、上記で確立した条件下で二酸化マンガンによる酸化反応に供し、これらが酸化され得るかどうかに関して知見を得る必要がある。もし酸化され難い場合には、これらも酸化可能な条件を再検討する必要があろう。これらの酸化が可能になることによって、本逐次処理がより有効な方法となることは、明らかである。また、紙の色戻りの原因の一つと考えられ、主にヘミセルロースのキシラン側鎖そして存在するヘキセンウロン酸が、上記の反応条件下で二酸化マンガンによって、あるいは、酸性によって分解されるかどうかを検討することも必要である。
次年度の研究費の使用計画	前述のように、本年度の研究進行度が、交付申請書提出当初の計画よりもやや遅れたことから、行った実験の種類が少なくなったため、物品費、人件費、その他の使用額が予定より少なくなった。またこれに伴い、学会発表や研究打ち合わせの頻度が少なくなったため、旅費の使用額も予定より少なくなった。以上が、次年度使用額が生じた理由である。次年度は、本年度に行う予定であった内容をまず行う予定であり、その際に次年度使用額分を、物品費、人件費、その他、旅費に使用予定である。なお、これらは６月末程度までに終了予定である。