JP2008273915A - バイオマスの湿式酸化によるギ酸の製造方法 - Google Patents
バイオマスの湿式酸化によるギ酸の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 バイオマスの湿式酸化によるギ酸の製造方法は、バイオマスを、アルカリ物質の濃度が0.3M以上のアルカリ性の高温高圧水中で酸化させることによって、選択的にギ酸に分解し、ギ酸を製造する。バイオマスは、デンプン、セルロース、および木粉などの植物バイオマスが好ましく、湿式酸化反応の温度は130〜350℃、湿式酸化反応の圧力は、各反応温度に対して水和が保持できる飽和蒸気圧以上の圧力が好ましい。
【選択図】 図3
Description
「環境技術、vol.32,No,11,p842−846,(2003)」、佐々木満、後藤元信;亜・超臨界水の特性を利用した廃棄物高分子処理技術 バイオマスの転換方法として、高温高圧の水の作用が注目されており、この文献1に開示されている。水(液体)を大気圧下で加熱すると、100℃で水蒸気(気体)となる。しかし、密閉容器内で加熱すると水の蒸発が抑えられるため、水は蒸気とならず、飽和蒸気圧曲線上を上昇し、気液が共存した状態を保つ。高温高圧状態になると、水の物理化学的性質は大きく変化する。誘電率の低下は水の有機物への親和力の増大を示し、粘度や表面張力の低下は一般に反応を促進させる。また、イオン積に関しては、250℃付近で最大となり、その値は室温時の数千倍に達しており、イオン反応が起きやすいことを示している。 「Journal of Supercritica1 Fluids、vol.13,p261−268,(1998)」、Mitsuru Sasaki, Bernadr Kabyemela,Roberto Malaluan,Satoshi Hirose, Naoko Takeda, Tadafumi Adschiri, and Kunio Arai;Cellulose hydrolysis in subcritical and supercritical water この文献2には、超臨界水を反応溶媒として用いることにより、木質の構成成分であるセルロースを分解し、化学原料として回収する方法が報告されている。
「高分子論文集、vol.58,No.12、p685−691」(2001)、後藤浩太郎、田端聖彦、佐々木満、阿尻雅文、新井邦夫 また、この文献3には、温度圧力を変えることで、これらの生成物収率を制御できる可能性があると報告されている。
「Ind.Eng.Chem.Res.,1992,31,1574」、A.B.Bjerre and E.Sorensen 「AIChEJ,,1998,44,405」、N,Akiya and P.E.Savage 「J.Phys.Chem.,1998,102,5886」、P.G.Maiella and T.B.Brill 「lnd.Eng.Chem.Res.,1998,37,2」、J.Yu and P.E.Savage これらの文献6〜文献9には、ギ酸は、化学試薬の原料になるだけでなく、脱炭酸反応によって水素に転換できることが報告されているため、利用価値の高い資源である。
(実験試薬)
反応の対象とするバイオマス試薬として、D+グルコースを使用し、酸化剤としては、過酸化水素を使用し、また、アルカリ試薬としては、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム(NaOH/KOH)を使用した。
図1に、実験に使用した反応器(1)の概略を示した。反応器(1)は、SUS316製の管状であり、両端をSUS316製のキャップ(1a)(1a)により密閉することができる。反応器(1)およびキャップ(1a)(1a)は、共にSwagelok杜製である。反応器(1)の寸法は、外径9.4mm、肉厚1mm、長さ120mmであり、容量は約5.7cm3である。反応器(1)の温度制御には、図2に示すような溶融塩恒温槽(2)を使用した。
グルコースからギ酸への転換実験
本発明による湿式酸化によって、グルコースをギ酸へ転換する方法において、アルカリ濃度(NaOH/KOH濃度の影響)の影響を調べた。
つぎに、本発明による湿式酸化によってグルコースから生成される物質について調べた。
また、アルカリを添加しないときの、グルコースからのギ酸の転換率について調べた。
つぎに、本発明による湿式酸化において、酸素供給量の影響を調べた。
図7に、アルカリを添加しないときのギ酸の湿式酸化分解への酸素供給量の影響を示す。また、図8にギ酸の湿式酸化分解に及ぼすアルカリの影響を示す。反応条件は、いずれも温度260℃、時間60secである。
上記実施例1の場合と同様に実施して、本発明の方法によりギ酸の生成実験を行なうが、反応の対象とするバイオマス試薬として、D+グルコースの代わりに、デンプン、セルロース、および杉木粉を使用した。これらは、いずれも、自然界に豊富に存在する資源である。
1a:キャップ
2:溶融塩恒温槽
3:攪拌機
4:カートリッジヒータ
5:熱電対(温度センサ)
Claims (7)
- バイオマスを、アルカリ物質の濃度が0.3M以上のアルカリ性の高温高圧水中で酸化させることによって、選択的にギ酸に分解し、ギ酸を製造することを特徴とする、バイオマスの湿式酸化によるギ酸の製造方法。
- バイオマスが、デンプン、セルロース、および木粉よりなる群の中から選ばれた少なくとも1種の植物バイオマスである、請求項1に記載のバイオマスの湿式酸化によるギ酸の製造方法。
- 酸化反応の温度が、130〜350℃であることを特徴とする、請求項1または2に記載のバイオマスの湿式酸化によるギ酸の製造方法。
- 酸化反応の圧力が、各反応温度に対して、水相が保持できる飽和蒸気圧以上の圧力であることを特徴とする、請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のバイオマスの湿式酸化によるギ酸の製造方法。
- 酸化反応の圧力が、0.2〜16.0MPaであることを特徴とする、請求項4に記載のバイオマスの湿式酸化によるギ酸の製造方法。
- バイオマスの酸化反応に、酸素、空気、および過酸化水素よりなる群の中から選ばれた少なくとも1種の酸化剤を使用し、酸化剤の供給量が、バイオマスを完全に燃焼させるときに化学量論的に必要とする酸素量を100%とした場合、50〜200%であることを特徴とする、請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載のバイオマスの湿式酸化によるギ酸の製造方法。
- アルカリ物質として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、およびアンモニアよりなる群の中から選ばれた少なくとも1種の物質を使用し、アルカリ物質の濃度が、0.3〜10.0Mであり、アルカリ性高温高圧水のpHが、10以上であることを特徴とする、請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載のバイオマスの湿式酸化によるギ酸の製造方法。
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