綿繊維の乳酸触媒水熱条件下での加水分解における反応条件に関する検討
近年，セルロースを含むバイオマス系廃棄物を燃料や化学原料へ転換することが望まれていることから，約 95 % がセルロースで構成される綿繊維に着目した。綿繊維を加水分解した後発酵させ，バイオプラスチックであるポリ乳酸の原料を製造することを目標とし，乳酸を触媒とした加水分解を試みた。触媒と発酵後製品が同一であるため特別な触媒分離工程は不要となる。本報告では，グルコースの過分解を抑制しつつ綿繊維を加水分解することを目的とし，綿繊維の乳酸加水分解における反応条件について検討した。その結果，綿繊維の加水分解を促進させるには乳酸を添加して高温・長時間の反応が有効であるが，生成したグルコースの過分解の抑制は...
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| Published in | Journal of the Japan Society of Material Cycles and Waste Management Vol. 27; pp. 54 - 60 |
|---|---|
| Main Authors | , , |
| Format | Journal Article |
| Language | Japanese |
| Published |
Tokyo
一般社団法人 廃棄物資源循環学会
2016
Japan Science and Technology Agency |
| Subjects | |
| Online Access | Get full text |
| ISSN | 1883-5856 1883-5899 |
| DOI | 10.3985/jjsmcwm.27.54 |
Cover
| Abstract | 近年，セルロースを含むバイオマス系廃棄物を燃料や化学原料へ転換することが望まれていることから，約 95 % がセルロースで構成される綿繊維に着目した。綿繊維を加水分解した後発酵させ，バイオプラスチックであるポリ乳酸の原料を製造することを目標とし，乳酸を触媒とした加水分解を試みた。触媒と発酵後製品が同一であるため特別な触媒分離工程は不要となる。本報告では，グルコースの過分解を抑制しつつ綿繊維を加水分解することを目的とし，綿繊維の乳酸加水分解における反応条件について検討した。その結果，綿繊維の加水分解を促進させるには乳酸を添加して高温・長時間の反応が有効であるが，生成したグルコースの過分解の抑制は低温・短時間の反応が有効であることが示唆された。そのため，生成したグルコースを含む水溶液を順次排出し，綿繊維の未分解物のみ長時間熱履歴をかけて加水分解させる半流通式反応が有効であることが判明した。 |
|---|---|
| AbstractList | The conversion of biomass waste containing cellulose to fuel or chemical raw materials is desirable. Therefore, we sought to hydrolyze cotton waste, which is mainly composed of cellulose, to produce glucose. Then, this glucose was fermented to produce lactic acid, which is a raw material for bioplastics as polylactic acid. In addition, the lactic acid was used as a catalyst to promote the hydrolysis of cotton and to reduce the catalyst separation costs. For this paper, we investigated the optimum reaction conditions and reactor selection in order to promote the hydrolysis of cotton while suppressing excessive degradation of the glucose. The results suggest that high reaction temperature and long retention time are effective to promote the hydrolysis of cotton. However, low temperature and short retention time are effective to suppress excessive degradation of the glucose. This confirmed that a semi-flow reactor, which can discharge solution that contains glucose at any time, should be adopted to promote cotton hydrolysis while suppressing excessive glucose degradation. 近年，セルロースを含むバイオマス系廃棄物を燃料や化学原料へ転換することが望まれていることから，約 95 % がセルロースで構成される綿繊維に着目した。綿繊維を加水分解した後発酵させ，バイオプラスチックであるポリ乳酸の原料を製造することを目標とし，乳酸を触媒とした加水分解を試みた。触媒と発酵後製品が同一であるため特別な触媒分離工程は不要となる。本報告では，グルコースの過分解を抑制しつつ綿繊維を加水分解することを目的とし，綿繊維の乳酸加水分解における反応条件について検討した。その結果，綿繊維の加水分解を促進させるには乳酸を添加して高温・長時間の反応が有効であるが，生成したグルコースの過分解の抑制は低温・短時間の反応が有効であることが示唆された。そのため，生成したグルコースを含む水溶液を順次排出し，綿繊維の未分解物のみ長時間熱履歴をかけて加水分解させる半流通式反応が有効であることが判明した。 |
| Author | 角田, 雄亮 伊藤, 拓哉 進木, 伶 |
| Author_xml | – sequence: 1 fullname: 進木, 伶 organization: 日本大学大学院 理工学研究科 物質応用化学専攻 – sequence: 1 fullname: 伊藤, 拓哉 organization: 成蹊大学 理工学部 物質生命理工学科 – sequence: 1 fullname: 角田, 雄亮 organization: 日本大学 理工学部 物質応用化学科 |
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| Copyright | 2016 一般社団法人 廃棄物資源循環学会 Copyright Japan Science and Technology Agency 2016 |
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| DatabaseName | Environment Abstracts Environmental Sciences and Pollution Management Environment Abstracts |
| DatabaseTitle | Environment Abstracts Environmental Sciences and Pollution Management |
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| EISSN | 1883-5899 |
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| ISSN | 1883-5856 |
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| PublicationTitle | Journal of the Japan Society of Material Cycles and Waste Management |
| PublicationTitleAlternate | 廃棄物資源循環学会論文誌 |
| PublicationYear | 2016 |
| Publisher | 一般社団法人 廃棄物資源循環学会 Japan Science and Technology Agency |
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| References | 6) W.S. Mok, M.J. Antal Jr. and G. Varhegyi : Productive and Parasitic Pathways in Dilute Acid-Catalyzed Hydrolysis of Cellulose, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol.31, pp.94-100 (1992 4) （独）中小企業基盤整備機構：「繊維製品3R関連調査事業」報告書，p.56 (2010 10) W.S. Mok and M.J. Antal Jr. : Uncatalyzed Solvolysis of Whole Biomass Hemicellulose by Hot Compressed Liquid Water, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol.31, pp.1157-1161 (1992 15) T. Nakata, H. Miyafuji and S. Saka : Bioethanol from Cellulose with Supercritical Water Treatment Followed by Enzymatic Hydrolysis, Applied Biochemistry and Biotechnology, Vol.130, No.1, pp.476-485 (2006 2) 農林水産省：バイオマス・ニッポン総合戦略，pp.1-3 (2006), http://www.maff.go.jp/j/biomass/pdf/h18_senryaku.pdf ( 閲覧日2016年2月19日 8) A. Mohagheghi, M. Tucker, K. Grohmann and C. Wyman : High Solids Simultaneous Saccharification and Fermentation of Pretreated Wheat Straw to Ethanol, Applied Biochemistry and Biotechnology, Vol.33, pp.67-81 (1992 14) I. Romero, M. Moya, S. Sanchez, E. Ruiz, E. Castro and V. Bravo : Ethanolic Fermentation of Phosphoric Acid Hydrolysates from Olive Tree Pruning, Industrial Crops and Products, No.25, pp.160-168 (2007 1) 松村幸彦，井上貴至，河本桂一，平田悟史，羽田謙一郎，福田 桂，美濃輪智朗，山本博巳：わが国におけるバイオマス資源発生規模，日本エネルギー学会誌，第82巻，第6号，pp.327-333 (2003 9) G.P. Philiooidis, T.K. Smith and C.E. Wyman : Study of Enzymatic Hydrolysis of Cellulose for Production of Fuel Ethanol by the Simultaneous Saccharification and Fermentation Process, Biotechnology and Bioengineering, Vol.41, pp.846-853 (1993 12) M. Laser, D. schulman, S.G. Allen, J. Lichwa, M.J. Antal Jr. and L.R. Lynd : A Comparison of Liquid Hot Water and Steam Pretreatments of Sugar Cane Bagasse for Bioconversion to Ethanol, Bioresorce Technology, Vol.81, pp.33-44 (2002 11) I. Romero, E. Ruiz, E. Castro and M. Moya : Acid Hydrolysis of Olive Tree Biomass, Chemical Engineering Research and Design, Vol.88, pp.633-640 (2010 13) P. Lenihan, A. Orozco, E. O′Neill, M.N.M. Ahmad, D.W. Rooney and G.M. Walker : Dilute Acid Hydrolysis of Lignocellulosic Biomass, Chemical Engineering Journal, Vol.156, pp.395-403 (2010 7) T. Sakaki, M. Shibata, T. Sumi and S. Yasuda : Saccharification of Cellulose Using a Hot-Compressed Water-Flow Reactor, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol.41, pp.661-665 (2002 5) 柴田圭右，A.M.E.-S. Hamdan，小原仁実，善藤威史，園元謙二：デザインドバイオマスを志向した乳酸発酵による循環型社会の構築，生物工学会誌，第86巻，第5号，pp.222-225 (2008 3) D. Carpenter, T.L. Westover, S. Czernika and W. Jablonskia : Biomass Feedstocks for Renewable Fuel Production, Green Chemistry, Vol.16, pp.384-406 (2014 |
| References_xml | – reference: 7) T. Sakaki, M. Shibata, T. Sumi and S. Yasuda : Saccharification of Cellulose Using a Hot-Compressed Water-Flow Reactor, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol.41, pp.661-665 (2002) – reference: 9) G.P. Philiooidis, T.K. Smith and C.E. Wyman : Study of Enzymatic Hydrolysis of Cellulose for Production of Fuel Ethanol by the Simultaneous Saccharification and Fermentation Process, Biotechnology and Bioengineering, Vol.41, pp.846-853 (1993) – reference: 4) （独）中小企業基盤整備機構：「繊維製品3R関連調査事業」報告書，p.56 (2010) – reference: 8) A. Mohagheghi, M. Tucker, K. Grohmann and C. Wyman : High Solids Simultaneous Saccharification and Fermentation of Pretreated Wheat Straw to Ethanol, Applied Biochemistry and Biotechnology, Vol.33, pp.67-81 (1992) – reference: 1) 松村幸彦，井上貴至，河本桂一，平田悟史，羽田謙一郎，福田 桂，美濃輪智朗，山本博巳：わが国におけるバイオマス資源発生規模，日本エネルギー学会誌，第82巻，第6号，pp.327-333 (2003) – reference: 2) 農林水産省：バイオマス・ニッポン総合戦略，pp.1-3 (2006), http://www.maff.go.jp/j/biomass/pdf/h18_senryaku.pdf ( 閲覧日2016年2月19日) – reference: 10) W.S. Mok and M.J. Antal Jr. : Uncatalyzed Solvolysis of Whole Biomass Hemicellulose by Hot Compressed Liquid Water, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol.31, pp.1157-1161 (1992) – reference: 13) P. Lenihan, A. Orozco, E. O′Neill, M.N.M. Ahmad, D.W. Rooney and G.M. Walker : Dilute Acid Hydrolysis of Lignocellulosic Biomass, Chemical Engineering Journal, Vol.156, pp.395-403 (2010) – reference: 6) W.S. Mok, M.J. Antal Jr. and G. Varhegyi : Productive and Parasitic Pathways in Dilute Acid-Catalyzed Hydrolysis of Cellulose, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol.31, pp.94-100 (1992) – reference: 11) I. Romero, E. Ruiz, E. Castro and M. Moya : Acid Hydrolysis of Olive Tree Biomass, Chemical Engineering Research and Design, Vol.88, pp.633-640 (2010) – reference: 15) T. Nakata, H. Miyafuji and S. Saka : Bioethanol from Cellulose with Supercritical Water Treatment Followed by Enzymatic Hydrolysis, Applied Biochemistry and Biotechnology, Vol.130, No.1, pp.476-485 (2006) – reference: 5) 柴田圭右，A.M.E.-S. Hamdan，小原仁実，善藤威史，園元謙二：デザインドバイオマスを志向した乳酸発酵による循環型社会の構築，生物工学会誌，第86巻，第5号，pp.222-225 (2008) – reference: 14) I. Romero, M. Moya, S. Sanchez, E. Ruiz, E. Castro and V. Bravo : Ethanolic Fermentation of Phosphoric Acid Hydrolysates from Olive Tree Pruning, Industrial Crops and Products, No.25, pp.160-168 (2007) – reference: 3) D. Carpenter, T.L. Westover, S. Czernika and W. Jablonskia : Biomass Feedstocks for Renewable Fuel Production, Green Chemistry, Vol.16, pp.384-406 (2014) – reference: 12) M. Laser, D. schulman, S.G. Allen, J. Lichwa, M.J. Antal Jr. and L.R. Lynd : A Comparison of Liquid Hot Water and Steam Pretreatments of Sugar Cane Bagasse for Bioconversion to Ethanol, Bioresorce Technology, Vol.81, pp.33-44 (2002) |
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| SubjectTerms | Biodegradable materials Biodegradation Bioplastics Catalysis Catalysts Cellulose Cotton Degradation Glucose Hydrolysis Lactic acid Low temperature Nuclear fuels Polylactic acid Raw materials Reactors Retention Retention time セルロース 乳酸 加水分解 繊維廃棄物 |
| Title | 綿繊維の乳酸触媒水熱条件下での加水分解における反応条件に関する検討 |
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