JP2011056406A - Catalyst for hydrolysis of cellulose and method of hydrolysis - Google Patents

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延宏 筒井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel catalyst which does not require energy costs for recovery for chemical hydrolysis of cellulose without heavy loading to the environment, and to provide a method of hydrolysis of cellulose under a substantially normal pressure by using the catalyst. <P>SOLUTION: The hydrolysis of cellulose can be carried out under a substantially normal pressure without heavy loading to the environment by hydrolysis of cellulose in a medium comprising water and a polyhydric alcohol kept under normal pressure and at 90-150°C in the presence of the catalyst of hydrolysis of cellulose using a non-crosslinking-type polymer acid having a sulfonic acid group for a repeating unit. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、セルロースの加水分解反応の触媒、および触媒を用いるセルロースの加水分解法に関するものである。   The present invention relates to a catalyst for cellulose hydrolysis and a method for hydrolysis of cellulose using the catalyst.

植物系バイオマスの主要な部分を占めるセルロースは、βグルコースが1,4グルコシド結合を介して多数結合した鎖状高分子化合物で、その高い結晶性が植物繊維細胞の物理的、化学的安定性に大きく貢献している。しかしその物理的・化学的安定性は、同時に、セルロース系バイオマスをさまざまな化学物質の出発原料として利用することを阻み、このため、これまでセルロース系バイオマスは十分に利用されてこなかった。   Cellulose, which occupies the main part of plant biomass, is a chain polymer compound in which β-glucose is bonded in many numbers via 1,4 glucoside bonds, and its high crystallinity contributes to the physical and chemical stability of plant fiber cells. It contributes greatly. However, its physical and chemical stability, at the same time, prevented the use of cellulosic biomass as a starting material for various chemical substances, and so far, cellulosic biomass has not been fully utilized.

セルロースをさまざまな化学物質の出発原料として利用する有力な方法の一つが、セルロースのグリコシド結合を加水分解反応によって切断して、セルロースをオリゴ糖、さらには単糖であるグルコースに転換する方法である。この方法には従来から、(1)酵素糖化法、(2)酸加水分解法があり、最近では、(3)加圧熱水を用いる方法、さらに、超臨界水もしくは亜臨界水を用いる方法、などがある。   One of the most effective methods of using cellulose as a starting material for various chemical substances is to convert cellulose into oligosaccharides and even monosaccharide glucose by cleaving the glycosidic bonds of cellulose by hydrolysis. . Conventionally, this method includes (1) an enzymatic saccharification method and (2) an acid hydrolysis method. Recently, (3) a method using pressurized hot water, and a method using supercritical water or subcritical water. ,and so on.

上記(1)の酵素糖化法はセルラーゼを用いてセルロースを糖化する方法で、薬品を使用しないため環境への負荷の小さい方法であるが、セルロースが結晶性であるために、デンプンを糖化する場合にくらべ、長時間を要するという問題がある。   The enzymatic saccharification method of (1) above is a method of saccharifying cellulose using cellulase, which is a method that does not use chemicals and has a low environmental impact. However, because cellulose is crystalline, starch is saccharified. There is a problem that it takes a long time.

上記(2)の酸加水分解法では一般に硫酸が使用される。濃硫酸はセルロースの溶剤ないしは膨潤剤として働き、セルロースの強固な結晶構造を破壊して加水分解速度を高めることに寄与する。また希硫酸は加水分解触媒として働く。最近この方法の経済性を考慮して、段階的に加水分解をする方法が提示されている(特許文献1および2)。しかしこの方法では、加水分解後に硫酸を回収するのに多大なエネルギーコストを必要とし、なおも残存する硫酸は石膏という副生物を発生させることになり、環境への負荷が大きいという問題がある。   In the acid hydrolysis method (2), sulfuric acid is generally used. Concentrated sulfuric acid acts as a solvent or swelling agent for cellulose, and contributes to breaking up the strong crystal structure of cellulose and increasing the hydrolysis rate. Moreover, dilute sulfuric acid works as a hydrolysis catalyst. Recently, in consideration of the economics of this method, methods for performing hydrolysis in stages have been proposed (Patent Documents 1 and 2). However, this method has a problem that a great energy cost is required to recover sulfuric acid after hydrolysis, and the remaining sulfuric acid generates a by-product called gypsum, which has a large environmental load.

水は常圧100℃以下ではセルロースに対して膨潤剤ないしは溶剤の働きを示さないが、高温高圧になるとセルロースを膨潤ないしは溶解させる働きを示す。これを利用したのが、上記(3)の加圧熱水と触媒を用いる方法(特許文献3および4)、さらに、超臨界水(374℃以上、22.1MPa以上)または亜臨界水、あるいは加圧熱水を用いて、触媒を使用することなく、セルロースを加水分解する方法(特許文献5および6)である。これらは水を媒体として薬剤をほとんど使用しない点で環境への負荷は小さいが、高温高圧での反応であるため、エネルギーコスト、工程の連続化などの点に問題がある。   Water does not function as a swelling agent or solvent for cellulose at normal pressure of 100 ° C. or lower, but functions to swell or dissolve cellulose at high temperature and pressure. Utilizing this is the method (Patent Documents 3 and 4) using the pressurized hot water and catalyst of (3) above, and supercritical water (above 374 ° C. or more, 22.1 MPa or more) or subcritical water, or This is a method for hydrolyzing cellulose using pressurized hot water without using a catalyst (Patent Documents 5 and 6). These have little impact on the environment because they use almost no chemicals with water as a medium, but have problems in terms of energy costs and continuation of processes because they are reactions at high temperature and pressure.

特表平11−506934(平成11年(1999)6月22日公表)Special table 11-506934 (announced June 22, 1999) 特開2007―202560(平成19年(2007)8月16日公開)JP2007-202560 (released on August 16, 2007) 特開2006−129735(平成18年(2006)5月25日公開)JP 2006-129735 (Released on May 25, 2006) 特開2008−297229(平成20年(2008)12月11日公開)JP2008-297229 (Released on December 11, 2008) 特開2005−206468(平成17年(2005)8月4日公開)JP 2005-206468 (Released on August 4, 2005) 特開平10−327900(平成10年(1998)12月15日公開)JP-A-10-327900 (Released on December 15, 1998)

本発明の目的は、環境への負荷をあまりかけずにセルロースを化学的に加水分解することにあり、そのために、回収にエネルギーコストをかけない新規な触媒と、その触媒を用いて実質的に常圧下でセルロースを加水分解する方法を、提供することにある。   An object of the present invention is to chemically hydrolyze cellulose without imposing a significant burden on the environment. For this reason, a novel catalyst that does not incur energy costs for recovery, and the catalyst are substantially used. The object is to provide a method for hydrolyzing cellulose under normal pressure.

本発明者らは、上記の課題を解決するべく、セルロースの加水分解反応につき、鋭意検討を加えた結果、セルロースの加水分解触媒として非架橋型高分子酸を用い、当該触媒存在のもと、水と多価アルコールからなる媒体中でセルロースを加水分解すれば、環境への負荷をあまりかけずに、実質的に常圧下でセルロースを加水分解できることを見出して本発明に至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made extensive studies on the hydrolysis reaction of cellulose.As a result, a non-crosslinked polymer acid is used as a hydrolysis catalyst for cellulose, and in the presence of the catalyst, It has been found that if cellulose is hydrolyzed in a medium composed of water and a polyhydric alcohol, the cellulose can be hydrolyzed substantially under normal pressure without much environmental load.

セルロースの加水分解触媒として硫酸、燐酸などを用いた場合、その回収には水を蒸発させて濃縮する方法が取られるが、これには多大なエネルギーコストを要する。本発明で用いる非架橋型高分子酸触媒では、その回収には蒸発濃縮法によらず、代わりに触媒高分子の溶解性を利用する沈殿分離法によって回収することができる。本発明に係わる非架橋型高分子酸は水溶性であるが、エタノールやメタノールなどの有機溶剤には不溶性であるため、この性質を利用すれば触媒である高分子酸を容易に沈殿回収することができる。これにより本発明では触媒の回収に多大なエネルギーコストをかけなくてすむ。   When sulfuric acid, phosphoric acid or the like is used as a hydrolysis catalyst for cellulose, a method of concentrating by evaporating water is used for the recovery. However, this requires a great energy cost. The non-crosslinked polymer acid catalyst used in the present invention can be recovered by a precipitation separation method using the solubility of the catalyst polymer instead of the evaporation concentration method. Although the non-crosslinked polymer acid according to the present invention is water-soluble, it is insoluble in organic solvents such as ethanol and methanol. Therefore, if this property is used, the polymer acid that is a catalyst can be easily recovered by precipitation. Can do. Thus, in the present invention, it is not necessary to spend a great amount of energy on the recovery of the catalyst.

セルロースの加水分解反応速度は温度が高くなるほど速くなるので、プロセスの経済性を考えると高温ほど好ましい。しかし、水を媒体として常圧の反応装置を用いると水の沸点の100℃が上限となる。本発明の水と多価アルコールからなる媒体中でセルロースを加水分解すれば実質的に常圧下で120〜130℃に保つことができるので、常圧の反応装置でも反応速度を高めることが可能となる。   Since the hydrolysis reaction rate of cellulose increases as the temperature increases, the higher the temperature, the higher the temperature. However, when a normal pressure reactor is used with water as a medium, the upper limit is 100 ° C. of the boiling point of water. If cellulose is hydrolyzed in a medium comprising water and a polyhydric alcohol of the present invention, it can be maintained at 120 to 130 ° C. under normal pressure, so that the reaction rate can be increased even in a normal pressure reactor. Become.

以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.

本発明に係わる非架橋型高分子酸とは、(1)非架橋型、すなわち、直鎖状または枝分かれ状構造の高分子であること、(2)反復単位にH型のスルホン酸基を有すること、(3)必要であれば、他にスルホン酸基を有しない反復単位を含有すること、という3つの条件を満たすセルロース加水分解触媒のことである。   The non-crosslinked polymer acid according to the present invention is (1) non-crosslinked, that is, a polymer having a linear or branched structure, and (2) having an H-type sulfonic acid group in the repeating unit. (3) It is a cellulose hydrolysis catalyst that satisfies the three conditions of containing a repeating unit having no other sulfonic acid group if necessary.

上記(1)の規定から明らかなように、本発明に係わるセルロース加水分解触媒には、架橋型でスルホン基を有する陽イオン交換樹脂は含まれない。水を主成分とする媒体中にセルロースを分散して加水分解するとき、触媒としては、その媒体に完全に溶解ないしは実質的に溶解するものでないと、セルロースと触媒との接触が不十分となって十分な触媒作用を発揮できない。架橋型高分子酸である陽イオン交換樹脂が本特許の範囲から除かれるのはこのためである。   As is clear from the definition of (1) above, the cellulose hydrolysis catalyst according to the present invention does not include a crosslinked cation exchange resin having a sulfone group. When cellulose is dispersed in a medium containing water as a main component and hydrolyzed, the catalyst must be not completely dissolved or substantially dissolved in the medium, and contact between the cellulose and the catalyst becomes insufficient. Insufficient catalytic action. This is why the cation exchange resin, which is a crosslinked polymer acid, is excluded from the scope of this patent.

直鎖状高分子は通常行なわれる重合法、例えばビニル基を含有する単量体のラジカル重合法、によって得られる。単量体は水溶性であるため、水溶性の重合開始剤を用いる水溶液重合により、容易に直鎖状高分子酸が得られる。また枝分かれ状高分子は種々のグラフト重合法によって得られる。   The linear polymer can be obtained by a usual polymerization method, for example, a radical polymerization method of a monomer containing a vinyl group. Since the monomer is water-soluble, a linear polymer acid can be easily obtained by aqueous solution polymerization using a water-soluble polymerization initiator. The branched polymer can be obtained by various graft polymerization methods.

前記(2)のスルホン酸基を有する反復単位は、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸などの、スルホン酸含有ビニル系単量体の重合により、導入することができる。これらスルホン酸基含有ビニル系単量体は、通常ナトリウム塩の形で重合されるので、重合したのちナトリウムイオンを水素イオンに置換して、H型のスルホン酸基に変えなくてはならない。   The repeating unit (2) having a sulfonic acid group can be introduced by polymerization of a sulfonic acid-containing vinyl monomer such as styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, and methallyl sulfonic acid. Since these sulfonic acid group-containing vinyl monomers are usually polymerized in the form of a sodium salt, after polymerization, sodium ions must be replaced with hydrogen ions to convert them into H-type sulfonic acid groups.

また前記(3)のスルホン酸基を有しない反復単位としては、アクリル酸ヒドロキシエチル、メタアクリル酸ヒドロキシエチル、酢酸ビニル、アクリル酸メチルなどの非解離性単量体、あるいは、アクリル酸、メタクリル酸などの弱解離性単量体を、スルホン酸基含有ビニル系単量体に共重合させることにより導入することができる。   The repeating unit (3) having no sulfonic acid group includes non-dissociative monomers such as hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, vinyl acetate and methyl acrylate, or acrylic acid and methacrylic acid. Or the like can be introduced by copolymerizing a sulfonic acid group-containing vinyl monomer.

スルホン酸基含有ビニル系単量体に共重合させる非解離性あるいは弱解離性単量体の種類と量は、得られる高分子酸の触媒作用を高めるのに重要な因子となる。水を主成分とする媒体中でセルロースは微粒子状に分散するのみで媒体には溶解しないため、代わりに高分子酸触媒が媒体に分子状に溶解してセルロース微粒子に配位なくてはならない。しかし、高分子酸がセルロース微粒子に配位しやすくなるためには、高分子酸が媒体に溶解しにくくする必要がある。この微妙な調整のため、非解離性あるいは弱解離性単量体の種類と量が重要な因子となる。   The type and amount of the non-dissociable or weakly dissociable monomer copolymerized with the sulfonic acid group-containing vinyl monomer is an important factor for enhancing the catalytic action of the resulting polymer acid. In the medium containing water as a main component, cellulose is dispersed only in the form of fine particles and not dissolved in the medium. Instead, the polymer acid catalyst must be dissolved in the form of molecules in the medium and coordinated with the fine cellulose particles. However, in order for the polymer acid to easily coordinate to the cellulose fine particles, it is necessary to make the polymer acid difficult to dissolve in the medium. Because of this delicate adjustment, the type and amount of non-dissociable or weakly dissociable monomers are important factors.

本発明に係わるセルロースの加水分解は、反復単位にH型のスルホン酸基を有する非架橋型の高分子酸を触媒としてセルロースを90〜150℃に保たれた水と多価アルコールからなる媒体中で行なうことを、特徴とする。水と多価アルコールからなる媒体中で加水分解を行なうことによって、実質的に常圧下で加水分解することができる。   The hydrolysis of cellulose according to the present invention is carried out in a medium comprising water and a polyhydric alcohol in which cellulose is maintained at 90 to 150 ° C. using a non-crosslinked polymer acid having an H-type sulfonic acid group as a catalyst as a catalyst. It is characterized by being performed in By conducting hydrolysis in a medium comprising water and a polyhydric alcohol, the hydrolysis can be carried out substantially under normal pressure.

上記多価アルコールとしてはエチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、ソルビトールなどが用いられる。水と多価アルコールとの割合によって媒体の沸点は変化する。水が少ないと沸点は高くなり、多価アルコール単独の沸点に近づいて、加水分解反応速度は大きくなるが、加水分解のためには最小限の水は必要である。反対に水が多いと沸点が100℃近くに下がって、加水分解反応速度が遅くなる。   As the polyhydric alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, sorbitol and the like are used. The boiling point of the medium changes depending on the ratio of water and polyhydric alcohol. If the amount of water is small, the boiling point becomes high and approaches the boiling point of the polyhydric alcohol alone, and the hydrolysis reaction rate increases, but a minimum amount of water is necessary for the hydrolysis. On the contrary, if there is much water, a boiling point will fall near 100 degreeC and a hydrolysis reaction rate will become slow.

上記媒体中のセルロースの含有量は、特に限定されるものではないが、媒体に対して1ないし10重量%が好ましい。10%を越えると系が粘稠になりセルロースの均一な分散が困難となり、1%以下では生産効率が悪くなる。また加水分解反応の触媒として働く媒体中の水素イオン濃度は0.01mol/L以上、好ましくは0.1mol/L以上、なるべく高く保つことが望ましい。   The cellulose content in the medium is not particularly limited, but is preferably 1 to 10% by weight based on the medium. If it exceeds 10%, the system becomes viscous and it becomes difficult to uniformly disperse cellulose, and if it is 1% or less, the production efficiency is deteriorated. The hydrogen ion concentration in the medium acting as a catalyst for the hydrolysis reaction is preferably 0.01 mol / L or more, preferably 0.1 mol / L or more, and kept as high as possible.

セルロース微粒子を水と多価アルコールからなる媒体中に分散し、それに本発明に係わる高分子酸触媒を加えたものを、還流冷却器を備えた容器に入れて、容器全体を加熱するとき、加熱方法はいろいろ取り得るが、省エネルギーの観点からマイクロ波照射による加熱が極めて有効である。   Cellulose fine particles are dispersed in a medium composed of water and a polyhydric alcohol, and the polymer acid catalyst according to the present invention is added to a container equipped with a reflux condenser to heat the entire container. Although various methods can be taken, heating by microwave irradiation is extremely effective from the viewpoint of energy saving.

以下、本発明について実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to this.

実験装置として、還流冷却器と熱電対温度計を装備したフラスコを取り付けられるように改造した家庭用電子レンジを用いる。高分子酸触媒としては、過硫酸カリウム−亜硫酸水素ナトリウムのレドックス重合触媒を用い、p−スチレンスルホン酸ナトリウム、またはp−スチレンスルホン酸ナトリウム/メタクリル酸ヒドロキシエチル80/20の25%水溶液を80℃で60分加熱して重合を行ない、重合物水溶液をエタノール中に注いで重合物を沈殿させ、さらに6mol/L塩酸に再溶解してスルホン酸基をH型に変えたのち、過剰の塩酸を除去して高分子酸触媒を作成する。このようにして得たH型p−スチレンスルホン酸単独重合体(PSS)およびp−スチレンスルホン酸/メタクリル酸ヒドロキシエチル80/20共重合体(PSS/HEMA)を、実施例1で用いる。重合体の酸含有量を中和滴定法によって測定したところ、それぞれ1g当たり1.3mmolおよび1.0mmol/Lの強酸型の酸性基が含まれていることが分かった。またその酸性基がスルホン酸であることが赤外線吸収スペクトルからも確かめられた。   As an experimental device, a household microwave oven modified so that a flask equipped with a reflux condenser and a thermocouple thermometer can be attached is used. As the polymer acid catalyst, a redox polymerization catalyst of potassium persulfate-sodium hydrogen sulfite is used, and a 25% aqueous solution of p-sodium styrenesulfonate or sodium p-styrenesulfonate / hydroxyethyl methacrylate 80/20 at 80 ° C. The mixture is heated for 60 minutes to conduct polymerization, and the polymer aqueous solution is poured into ethanol to precipitate the polymer, and further redissolved in 6 mol / L hydrochloric acid to change the sulfonic acid group to H type, and then excess hydrochloric acid is removed. Remove to create a polymeric acid catalyst. The H-type p-styrenesulfonic acid homopolymer (PSS) and the p-styrenesulfonic acid / hydroxyethyl methacrylate 80/20 copolymer (PSS / HEMA) thus obtained are used in Example 1. When the acid content of the polymer was measured by a neutralization titration method, it was found that 1.3 mmol and 1.0 mmol / L of strong acid type acidic groups were contained per 1 g, respectively. Further, it was confirmed from the infrared absorption spectrum that the acidic group was sulfonic acid.

内容量30mLのフラスコにセルロース微結晶(メルク社製)0.10g、グリセリン5.0mL、上記高分子酸触媒を入れ、さらに水を加えて全量を12mLとする。加える高分子酸触媒の量は反応系の水素イオン濃度が1.0mol/Lとなるような量とした。このフラスコを上記の改造電子レンジに取り付け、115〜130℃でマイクロ波照射をして反応させた。温度制御は手動によるオンオフで行なった。1.5時間および3.0時間後のセルロースの加水分解率を表1に示す。ただし、加水分解率(%)とは、用いたセルロースを構成するグルコース残基のうち加水分解を受けたものの割合を表す値である。
セルロースの加水分解率はジニトロサリチル酸法(DNS法)による加水分解物中の還元性末端の定量結果から求めた。
0.10 g of cellulose microcrystals (manufactured by Merck & Co., Inc.), 5.0 mL of glycerin and the above polymer acid catalyst are placed in a flask with an internal volume of 30 mL, and water is added to make the total volume 12 mL. The amount of the polymer acid catalyst added was such that the hydrogen ion concentration in the reaction system was 1.0 mol / L. This flask was attached to the above-mentioned modified microwave oven and reacted by microwave irradiation at 115 to 130 ° C. The temperature control was manually turned on and off. Table 1 shows the hydrolysis rate of cellulose after 1.5 hours and 3.0 hours. However, the hydrolysis rate (%) is a value representing the proportion of the glucose residue constituting the used cellulose that has undergone hydrolysis.
The hydrolysis rate of cellulose was determined from the quantitative result of the reducing end in the hydrolyzate by the dinitrosalicylic acid method (DNS method).

加水分解触媒として硫酸を用いる以外は実施例1と同様にしてセルロースの加水分解を行なった。その結果を表1に示す。   The cellulose was hydrolyzed in the same manner as in Example 1 except that sulfuric acid was used as the hydrolysis catalyst. The results are shown in Table 1.

実施例1で用いたp−スチレンスルホン酸単独重合体(PSS)を触媒とし、比較の触媒に硫酸を用いて、セルロースの加水分解を行ない、加水分解率および加水分解速度を求めた。加水分解反応条件を表2に、その結果を表3にまとめて示す。   Using the p-styrenesulfonic acid homopolymer (PSS) used in Example 1 as a catalyst and sulfuric acid as a comparative catalyst, cellulose was hydrolyzed to determine the hydrolysis rate and hydrolysis rate. The hydrolysis reaction conditions are summarized in Table 2, and the results are summarized in Table 3.


ただし、水/グリセリン比=1/0(98℃)、1/1(115℃)、1/2(130℃)

1時間当たりの加水分解率を表す加水分解速度(%/h)の値を比較すると、実施例2はほぼ同じ条件の比較例2に比べて数倍高い加水分解速度を示している。比較例3では硫酸触媒で、酸濃度をさらに高くし、温度を変えた結果を示している。これより、セルロースの加水分解には温度と酸濃度の影響が大きいことが明かであり、高分子酸触媒においても酸濃度のさらに高い条件で加水分解を行なえば、さらに高い加水分解速度が期待される。

However, water / glycerin ratio = 1/0 (98 ° C.), 1/1 (115 ° C.), 1/2 (130 ° C.)

When comparing the values of hydrolysis rate (% / h) representing the hydrolysis rate per hour, Example 2 shows a hydrolysis rate several times higher than that of Comparative Example 2 under substantially the same conditions. Comparative Example 3 shows the result of changing the temperature by further increasing the acid concentration with a sulfuric acid catalyst. From this, it is clear that the hydrolysis of cellulose is greatly affected by temperature and acid concentration. Even in the case of polymer acid catalyst, if hydrolysis is carried out under higher acid concentration, a higher hydrolysis rate is expected. The

以上に示したように、本発明に係わる高分子酸触媒は、セルロース加水分解触媒として従来から知られている硫酸に匹敵する働きを示し、なおかつ、反応物から触媒を回収するのに蒸発濃縮法ではなく、高分子酸がエタノールなどの有機溶媒に不溶性であることを利用した沈殿分離法を採用することができるので、回収のエネルギーコストの大幅な低減が期待できる。本発明が環境への負荷の小さいセルロース加水分解用プロセスを提供できる所以である。   As described above, the polymer acid catalyst according to the present invention has a function comparable to that of sulfuric acid conventionally known as a cellulose hydrolysis catalyst, and is also an evaporative concentration method for recovering the catalyst from the reaction product. Instead, a precipitation separation method that utilizes the fact that the polymer acid is insoluble in an organic solvent such as ethanol can be employed, so that a significant reduction in the recovery energy cost can be expected. This is the reason why the present invention can provide a process for cellulose hydrolysis with a low environmental impact.

Claims (10)

反復単位にH型のスルホン酸基を有する非架橋型の高分子酸からなるセルロース加水分解触媒。   A cellulose hydrolysis catalyst comprising a non-crosslinked polymer acid having an H-type sulfonic acid group in a repeating unit. 非架橋型の高分子酸がスルホン酸基を有するビニル系単量体の単独重合体または共重合体である請求項1記載のセルロース加水分解触媒。   The cellulose hydrolysis catalyst according to claim 1, wherein the non-crosslinked polymer acid is a homopolymer or copolymer of a vinyl monomer having a sulfonic acid group. 共重合体がスルホン酸基を有するビニル系単量体と非解離性あるいは弱解離性ビニル単量体との共重合体である請求項2記載のセルロース加水分解触媒。   The cellulose hydrolysis catalyst according to claim 2, wherein the copolymer is a copolymer of a vinyl monomer having a sulfonic acid group and a non-dissociable or weakly dissociable vinyl monomer. スルホン酸基が実質的にH型である請求項2および請求項3記載のセルロース加水分解触媒。   The cellulose hydrolysis catalyst according to claim 2 or 3, wherein the sulfonic acid group is substantially H-type. 触媒が水と多価アルコールからなる媒体中に均一に溶解ないし分散することを特徴とする請求項1ないし4記載のセルロース加水分解触媒。   5. The cellulose hydrolysis catalyst according to claim 1, wherein the catalyst is uniformly dissolved or dispersed in a medium comprising water and a polyhydric alcohol. 反復単位にH型のスルホン酸基を有する非架橋型の高分子酸を触媒としてセルロースを90〜150℃に保たれた水と多価アルコールからなる媒体中で加水分解することを特徴とするセルロースの加水分解方法。   Cellulose characterized in that cellulose is hydrolyzed in a medium composed of water and a polyhydric alcohol maintained at 90 to 150 ° C. using a non-crosslinked polymer acid having an H-type sulfonic acid group as a catalyst as a catalyst. Hydrolysis method. 触媒が請求項2ないし5記載のセルロース加水分解触媒である請求項6記載のセルロースの加水分解方法。   The method for hydrolyzing cellulose according to claim 6, wherein the catalyst is the cellulose hydrolysis catalyst according to claims 2 to 5. 多価アルコールが2価以上の脂肪族アルコールである請求項6および7記載のセルロースの加水分解方法。   The method for hydrolyzing cellulose according to claim 6 or 7, wherein the polyhydric alcohol is a dihydric or higher aliphatic alcohol. 加水分解を実質的に常圧下で行なう請求項6ないし8記載のセルロースの加水分解方法。   9. The method for hydrolyzing cellulose according to claim 6, wherein the hydrolysis is carried out substantially under normal pressure. 加水分解をマイクロ波照射の下で行なう請求項6ないし9記載のセルロースの加水分解法。   10. The method for hydrolyzing cellulose according to claim 6, wherein the hydrolysis is performed under microwave irradiation.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109575345A (en) * 2018-12-12 2019-04-05 怀化学院 Sulfonated divinylbenzene polymer microballoon, preparation method and applications
CN115430407A (en) * 2022-09-16 2022-12-06 华北电力大学(保定) Preparation method of fluorescence response type water phase adsorbent, product and application thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109575345A (en) * 2018-12-12 2019-04-05 怀化学院 Sulfonated divinylbenzene polymer microballoon, preparation method and applications
CN115430407A (en) * 2022-09-16 2022-12-06 华北电力大学(保定) Preparation method of fluorescence response type water phase adsorbent, product and application thereof
CN115430407B (en) * 2022-09-16 2023-07-28 华北电力大学(保定) Preparation method of fluorescence response type water phase adsorbent, product and application thereof

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