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

基本信息

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

项目摘要

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。

木质素是一种疏水性芳香族聚合物，一直被认为是一种具有三维网络结构的水不溶性无定形聚合物。从植物生物质中提取的木质素可溶于二恶烷、DMSO/吡啶、DMF和N-甲基咪唑等有机溶剂，但通常难溶于水或亲水醇。作为衍生物，例如木质素磺酸或PEG改性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，使用离子液体的增溶引起了人们的关注。最近，我们发现木质素可以均匀分散在水中。本研究中，我们以这一现象为出发点，对分离方法进行了详细的分析和研究。 2020年，我们优化了木质素在水中的分散条件，分析了分子结构，并进行了颗粒分析。作为分散条件，研究了木质素的浓度和溶液环境。使用光学显微镜（明场，相差）和荧光显微镜观察分散体的形态。采用二维核磁共振法对制备的木质素的分子结构进行了分析。另外，测定所得分散液的粒度分布。他们还成功地使用电子显微镜对其进行了观察。光学显微镜观察使用溶液中的分散体，但电子显微镜观察使用干燥物质，因此我们能够以高分辨率进行观察，这是我们最初没有想到的。接下来，我们还研究了基于木质素分散体粒径的流动分离方法，并证明使用微流体装置进行尺寸分离是可能的。