セルロースの熱分解反応制御による有用ケミカルス生産

通过控制纤维素的热分解反应生产有用的化学品

基本信息

批准号：
20J12367
负责人：
野村高志
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

地球温暖化等の環境問題や化石資源の枯渇によるエネルギー及びケミカルス源の確保が困難になる将来を見据えると、木材に代表される再生産可能なセルロース系バイオマス資源の変換によるケミカルス生産は重要な意義を持つ。熱分解は化学的・物理的に安定なバイオマス資源を効率的に分解できる手法であり、2020年度の検討において赤外線加熱を用いたセルロースの急速熱分解がプラスチックや医薬品の原料となるレボグルコサンの生産に有用であることを見い出した。2021年度ではこのような背景から、セルロースの赤外線加熱の特徴について更に検討し、分解メカニズムについて明らかにする検討を行った。具体的な検討として高速カメラを用いた赤外線照射中のセルロース熱分解挙動の直接的な観察を行った。その結果、電熱炉等を用いた加熱とは異なる赤外線照射特有の熱分解挙動が観察された。具体的には、薄いシート状のセルロース試料では、反応初期において赤外線を吸収しやすい着色物質が生成し、その部分が赤外線をより吸収し易いため高温となり、その部分を中心として同心円状に熱分解が進行することが分かった。一方、粉末セルロースを容器に入れてある程度厚みをもたせた場合では表面の極一部において熱分解物の液滴が生じ、厚さ方向へ順次分解が進行することが分かった。これは通常の伝熱による加熱では認められない赤外線加熱に独自の特徴であり、赤外線加熱ではセルロースの試料量によらず一定の収率でレボグルコサンを得られる。これはセルロース系バイオマス資源の変換における重要な知見であり、多量のセルロース系バイオマス資源を一度に処理できるという点で工業的似も意義のある発見である。このような成果については学会において発表している。

为了期待环境问题，例如由于化石资源的消耗而引起的全球变暖，能源和化学源，将来，重要的是，木材代表的纤维素生物量资源的转化很重要热分解是一种可以有效分解化学物质和物理稳定的生物量资源的方法。在2021财年，我们从这种背景中检查了纤维素红外加热的特征，并检查了分解机制。作为一项特定研究，我们直接使用高速摄像头在红外辐射过程中直接观察到纤维素热分解。结果，观察到红外辐射特有的热分解行为与使用电热反应器的加热不同。具体而言，在薄片形的纤维素样品中，在反应的早期阶段会产生一种倾向于吸收红外线的有色物质，并且该部分更有可能吸收红外线射线，因此它很热，并且在其中摄入量很高，并且在中呈热植入该部分的同心方式。另一方面，将粉末纤维素放入容器中并提供一定量的厚度时，发现热分辨率的一滴液滴发生在表面的一部分中，并且分解逐渐沿厚度方向逐渐发展。这是红外加热的独特功能，它无法通过正常的加热加热来识别，而红外加热可以获得具有一定产率的储层Cosan，而不管纤维素样品如何。这是纤维素生物量资源转化的重要知识，并且是一个有意义的发现，因为它可以一次处理大量的纤维素生物量资源。这种结果已在会议上宣布。