炭素触媒を用いた非可食バイオマスの変換反応

使用碳催化剂的非食用生物质转化反应

• 批准号: 14J01171
• 负责人: 藪下 瑞帆
• 金额: $ 1.39万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J01171/
• 关键词: バイオマス; セルロース; 炭素材料; ゼオライト鋳型炭素; 弱酸; 加水分解; 吸着; 疎水性; バイオリファイナリー; 炭素; グルコース

長鎖β-グルカンおよびゼオライト鋳型炭素（ZTC）を用いて、ZTC上でのβ-グルカンの吸着および加水分解反応について解析を行った。β-グルカン（分子量3600g/mol、直径1.1nm）の吸着実験を行ったところ、ZTCのミクロ孔（直径1.1nm）の内部にβ-グルカンが吸着することが分かった。β-グルカンとZTCの高い親和性は、疎水的な相互作用によって引き起こされることと、グルカンとZTCのミクロ孔の大きさがフィットしていることに起因している。次に吸着条件の検討を行ったところ、1gのZTCに対して0.8gのβ-グルカンが吸着できることが分かった。これは、他の炭素材料の2.6倍以上の吸着量であり、ZTCが多量の基質を内部に取り込み、その後効率的に加水分解できる可能性を示唆している。そこで実際に吸着したβ-グルカンの加水分解を行い、グルコースを収率72%で合成できることを実証した。以上の成果はカリフォルニア大学バークレー校のAlexander Katz教授らとの共同研究によるものであり、査読付き原著論文として発表した。高いグルカン吸着能を示すZTCのミクロ孔構造を維持しつつ、触媒活性サイトである含酸素官能基を多量に導入することができれば、更に高活性な加水分解触媒になると期待できる。そこで、温和な酸化処理法である過酸化水素処理をZTCに施したところ、ミクロ孔構造を崩壊させることなく、含酸素官能基量を2.2倍まで増大させることができた。酸化処理したZTCをβ-グルカンの加水分解反応に用いたところ、グルコース収率は85%となり、元のZTCを越える触媒活性を賦与することに成功した。本成果は、研究代表者がAlexander Katz教授の下で行ったものであり、現在査読付き原著論文ならびに国際会議にて発表予定である。

利用长链β-葡聚糖和沸石模板碳（ZTC），分析了β-葡聚糖在ZTC上的吸附和水解反应。当我们对β-葡聚糖（分子量3600 g/mol，直径1.1 nm）进行吸附实验时，我们发现β-葡聚糖被吸附在ZTC的微孔（直径1.1 nm）内。 β-葡聚糖和 ZTC 之间的高亲和力是由疏水相互作用以及葡聚糖和 ZTC 微孔尺寸之间的良好配合引起的。接下来，我们研究了吸附条件，发现1g ZTC可以吸附0.8g β-葡聚糖。该吸附量是其他碳材料的2.6倍以上，表明ZTC可以吸收大量底物，然后有效地水解它。因此，我们实际上水解了吸附的β-葡聚糖，并证明可以合成葡萄糖，收率为72%。上述成果是与加州大学伯克利分校Alexander Katz教授共同研究的结果，并作为原创同行评审论文发表。如果能够引入大量作为催化活性位点的含氧官能团，同时保持具有高葡聚糖吸附能力的ZTC的微孔结构，预计它将成为一种更高活性的材料。水解催化剂。因此，当ZTC进行过氧化氢处理（一种温和的氧化处理方法）时，可以在不破坏微孔结构的情况下将含氧官能团的量增加2.2倍。当氧化ZTC用于β-葡聚糖的水解反应时，葡萄糖的收率为85%，并且我们成功地赋予了超过原始ZTC的催化活性。这一结果是由首席研究员在亚历山大·卡茨教授的监督下完成的，目前计划在同行评审的原始论文和国际会议上发表。

项目成果

活性炭触媒を用いた非可食バイオマスからの高効率単糖合成

使用活性炭催化剂从非食用生物质高效合成单糖

• 发表时间: 2014
• 作者: 藪下 瑞帆;小林 広和;原 賢二;福岡 淳
• 通讯作者: 福岡 淳

Adsorption and hydrolysis of cellulosic molecules on activated carbon catalysts

纤维素分子在活性炭催化剂上的吸附和水解

• 发表时间: 2015
• 作者: Mizuho Yabushita;Hirokazu Kobayashi;Jun-ya Hasegawa;Kenji Hara;Atsushi Fukuoka
• 通讯作者: Atsushi Fukuoka

Catalytic Depolymerization of Chitin with Retention of N-Acetyl Group

• DOI: 10.1002/cssc.201501224
• 发表时间: 2015-11-23
• 期刊: CHEMSUSCHEM
• 影响因子: 8.4
• 作者: Yabushita, Mizuho;Kobayashi, Hirokazu;Fukuoka, Atsushi
• 通讯作者: Fukuoka, Atsushi

Adsorption of cellulosic molecules onto carbons with positive entropy change

纤维素分子在碳上的吸附具有正熵变

• 发表时间: 2014
• 作者: Mizuho Yabushita;Hirokazu Kobayashi;Jun-ya Hasegawa;Kenji Hara;Atsushi Fukuoka
• 通讯作者: Atsushi Fukuoka

Adsorption mechanism of cellulosic molecules on carbons

纤维素分子在碳上的吸附机理

• 发表时间: 2014
• 作者: Mizuho Yabushita;Hirokazu Kobayashi;Jun-ya Hasegawa;Kenji Hara;Atsushi Fukuoka
• 通讯作者: Atsushi Fukuoka