過熱水蒸気を用いた木質系バイオマスからの有用化成品合成

使用过热蒸汽从木质生物质合成有用的化学产品

基本信息

批准号：
26889055
负责人：
本田正義
金额：
$ 0.92万
依托单位：
Chuo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-08-29 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-26889055/
关键词：
過熱水蒸気レボグルコサンセルロースナトリウム

项目摘要

本研究では過熱水蒸気を用いてセルロースを分解し、高収率でレボグルコサンを生成するプロセスの開発と反応機構の解明を行った。セルロース250mgを用いて反応条件（過熱水蒸気送液速度、反応温度、反応時間）を変えて試験を行ったところ、過熱水蒸気流通速度0.5ml/min、300℃、1時間においてTOC収率88%、レボグルコサン収率41%を達成した。一方で経時変化をとっても、グルコースはほとんど生成せず、レボグルコサン収率は常にTOC収率の約半分であった。このことからセルロース中のグルコース2分子につき1分子がレボグルコサンになり、もう1分子が分解して水溶液中に溶解する反応機構が考えられる。また製造方法の異なるセルロースを基質に用いたところ、レボグルコサン収率がほぼ0%になる種類が認められた。この原因としてリグノセルロースからセルロースを分離する際のアルカリ蒸解によってアルカリ金属が含まれていることが挙げられる。レボグルコサン収率41%を達成したセルロースにナトリウムを添加して反応試験を行ったところ、わずか0.1wt%のナトリウムが含まれるだけでもレボグルコサン収率がほぼ0%まで低下した。この際、一酸化炭素と二酸化炭素のガス収率と固体残渣量が増加したことから、ナトリウムはC-C結合やC-O結合を切断する触媒として機能していると考えられる。さらに塩酸処理によってナトリウムを除去したところ、レボグルコサン収率が40%程度に回復した。

在这项研究中，我们开发了一种使用过热蒸汽分解纤维素的过程，以高产量产生左旋葡萄糖，并阐明了反应机制。在不同的反应条件下使用250 mg的纤维素（过热的蒸汽流速，反应温度，反应时间），在0.5 mL/min，过热的蒸汽流速为300°C，A TOC产量为88％和左旋葡萄糖的产量为41％，在一个小时内实现了测试。另一方面，即使随着时间的流逝，几乎没有产生的葡萄糖，左旋葡聚糖的产量总是大约是TOC产量的一半。这使得可以考虑一种反应机制，其中一个分子在纤维素中每两个分子中的葡萄糖分子变成左旋葡萄糖，而另一个分子分解并溶于水溶液中。此外，当使用不同制造方法的纤维素用作底物时，观察到左旋葡萄糖产率的类型约为0％。这是由于以下事实：碱金属在将纤维素与木质纤维素分离时，碱消化含有。将钠添加到纤维素中（达到左旋葡聚糖产量为41％）的纤维素被添加到钠的添加中，即使仅含有0.1 wt％的钠含量，左旋葡聚糖的产量也降低到近0％。目前，一氧化碳和二氧化碳的气体产量以及固体残基的量增加，因此据信钠作为切割C-C键和C-O键的催化剂的功能。此外，通过盐酸处理去除钠，并将左旋葡萄糖产率恢复至约40％。