The exploratory study of flow separation and biochemical conversion system of lignin in the water phase

木质素水相流动分离及生化转化体系探索性研究

• 批准号: 20K21333
• 负责人: 西村 裕志
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K21333/
• 关键词: リグニン; マイクロ流体デバイス; バイオマス; リグノセルロース; グリーンケミストリー; フロー分離

リグニンは疎水性芳香族高分子であり、3次元網目構造で水不溶性の不定形ポリマーであると考えられてきた。植物バイオマスから抽出したリグニンは、ジオキサン、 DMSO/ピリジン、 DMF、 Nメチルイミダゾールなどの有機溶媒に溶解するが、 通常、 水や親水性のアルコールにはほとんど溶解しない。誘導体として、例えばリグニンスルホン酸、 PEG修飾リグニンとすると水溶性を付与できる。アセチル化誘導体はクロロホルムやTHFに溶解できる。近年ではイオン液体による可溶化が注目されている。最近、我々はリグニンを水中で均一分散体として展開できることを見出した。本研究では、この現象を起点として、詳細な分析と分離法の検討を実施した。2020年度はリグニンの水中分散条件の最適化、分子構造解析、微粒子分析を実施した。分散条件として、リグニンの濃度と溶液環境を検討した。分散体は光学顕微鏡(明視野、位相差)、および蛍光顕微鏡による形態観察を行った。調製したリグニンの分子構造は2次元NMR法による分子構造解析を実施した。また取得した分散体の粒径分布測定を行った。さらに電子顕微鏡においても観察することに成功した。光学顕微鏡観察は溶液での分散体であるが、電子顕微鏡観察は乾燥体であるため、当初想定していなかったが高分解能に観察することができた。次に、リグニン分散体の微粒子サイズに基づくフロー分離法についても検討を実施し、マイクロ流体デバイスを用いたサイズ分離が可能であることを実証した。

木质素是一种疏水芳香族聚合物，被认为是具有三维网络结构的水溶的无定形聚合物。从植物生物量中提取的木质素溶解在有机溶剂中，例如二恶烷，DMSO/吡啶，DMF和N-甲基咪唑，但通常几乎不溶于水或亲水性醇。作为衍生物，例如木质素磺酸或PEG修饰的木质素，可以赋予水溶性。乙酰化衍生物可以溶解在氯仿或THF中。近年来，离子液体的溶解化引起了人们的注意。最近，我们发现木质素可以在水中部署为均匀的分散体。在这项研究中，我们对从这种现象开始的分离方法进行了详细的分析和检查。在2020财年，我们对木质素在水，分子结构分析和微粒分析中进行了优化。木质素和溶液环境的浓度被研究为分散条件。使用光学显微镜（明亮场，相位差）和荧光显微镜观察到分散体。使用二维NMR通过分子结构分析制备的木质素的分子结构。此外，测量获得的分散体的粒度分布。此外，我们能够使用电子显微镜观察结果。光学显微镜观察是在溶液中的分散体，但是电子显微镜观察是干燥的体，因此，尽管最初不是预期的，但可以在高分辨率下观察。接下来，还研究了基于木质素分散剂粒径的流分离方法，证明使用微流体装置的尺寸分离是可能的。