Biorefinery with supercritical alcohol technology

采用超临界酒精技术的生物精炼

基本信息

批准号：
22K05765
负责人：
南英治
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

木質バイオマスの水添加超臨界メタノール処理において、270℃ではマトリックス成分（リグニン及びヘミセルロース）が、350℃ではセルロースの分解が進行した。また、10MPaではヘミセルロース、20MPa以上ではリグニンの分解・溶出が促進され、これは水とメタノールの密度変化の違いによるものであることが示された。これらの成果から、温度・圧力を制御することで、細胞壁構成成分の分解及び成分分離をワンプロセスで実現できる可能性が見いだされた。また、木材中のウロン酸と塩を形成している金属カチオンの影響を調べた結果、脱塩で金属カチオンを除去すると糖収率が約3倍に増加する一方、Mgで置換するとリグニン由来モノマー収率が約2.5倍に増加することを発見した。このように、ごく簡単なイオン交換によって生成物の選択性を大幅に制御できることが見いだされ、超臨界メタノール技術による木材からのケミカルス生産の可能性が大きく前進した。さらに、超臨界メタノール処理前後のスギ木片をエポキシ樹脂包埋後、ダイアモンドナイフ及びウルトラミクロトームで面出しし、走査型プローブ顕微鏡の位相モードで観察した。その結果、ナノスケールでスギ試料表面の粘弾性分布を観察することができ、超臨界メタノール処理によってマトリックス成分が分解除去され、セルロースミクロフィブリルが残存する様子が確認された。この手法を用いることにより、今後、上記の金属カチオンが分解に与える影響をナノスケールで解明するなどの成果が期待される。

在木质生物质的加水超临界甲醇处理中，基质成分（木质素和半纤维素）在270℃下分解，纤维素在350℃下分解。此外，在10 MPa时促进半纤维素的分解和洗脱，在20 MPa以上促进木质素的分解和洗脱，这表明这是由于水和甲醇之间的密度变化的差异所致。这些结果揭示了通过控制温度和压力在一个过程中分解和分离细胞壁成分的可能性。此外，通过研究与木材中糖醛酸形成盐的金属阳离子的影响，发现通过脱盐去除金属阳离子可使糖产量增加约三倍，而用镁代替它们会产生木质素衍生单体。结果发现，产量增加了约2.5倍。因此，人们发现，通过简单的离子交换可以极大地控制产物的选择性，并且大大提高了利用超临界甲醇技术从木材生产化学品的可能性。此外，将超临界甲醇处理前后的雪松木片包埋在环氧树脂中，用金刚石刀和超薄切片机进行表面处理，并在扫描探针显微镜的相位模式下进行观察。结果，我们能够在纳米尺度上观察雪松样品表面的粘弹性分布，并证实通过超临界甲醇处理，基质成分被分解和去除，留下纤维素微纤维。通过使用这种方法，预计未来将取得成果，例如阐明上述金属阳离子对纳米尺度分解的影响。