JP2011526484A - 無機触媒を用いる炭水化物含有材料の分解 - Google Patents
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Abstract
【選択図】なし
Description
酵素または酸は、炭水化物含有材料が解重合される多くの一般的な方法において使用される。
さらに好ましい側面および態様については以下に記載する。
「炭水化物含有材料」という用語には、炭水化物を含有する純粋な物質、各種炭水化物の混合物、並びに炭水化物を含有する物質の複合混合物が含まれる。炭水化物含有材料にはさらに、限定されないが、森林および農業および食品処理産業からの廃棄物並びに都市廃棄物が含まれる。特に、「リグノセルロースバイオマス」すなわち「LCB」は炭水化物含有材料の範囲に入る。これには、セルロース、ヘミセルロースおよびリグニンを含む炭水化物含有材料が含まれる。LBCの不溶性部分はかなりの量の高分子物質、例えばセルロース、キシラン、マンナンおよびガラクタンを含有する。それはさらに、リグニン、アラビノキシラン、グルコロノキシラン、グルコマンナンおよびキシログルカンのような高分子物質を含有する。
炭水化物含有材料は触媒での本発明の処理の前に微粉砕してもよい。
本発明で用いる「テクトシリケート」という用語には、本技術分野における当業者に公知のどのようなテクトシリケート、特にどのようなゼオライトも含まれる。多くのテクトシリケート、特にゼオライトの考えられる構造および例は、例えば、Wibergによる“Holleman−Wiberg,Lehrbuch der Anorganischen Chemie” 91−100版,Walter de Gruyter & Co.,1985,ISBN3−11−007511−3,pp.776−778で説明されている。ゼオライトおよびそれらの代表は、“Rompp−Lexikon Chemie”J.Falbe,M.Regitz編集,10版,1999,Georg Thieme Verlag,ISBN3−13−107830−8,p.5053ffでさらに説明されている。
本発明の目的のため、無機触媒がAlの他に第3族の元素、例えばGa、BまたはInを含有するならば、好ましい態様では有利である。H+、Na+、Li+、K+、Rb+、Cs+、NH4+、Mg2+、Ca2+、Sr2+およびBa+を、3価構成陽イオンによって生成される過剰の陰電荷に対する対イオンとして、触媒に含有させてもよい。触媒はSiの他に第4族の元素、例えばTi、GeまたはSnをさらに含有していてもよい。
本発明では、活性炭は無機触媒としてみなさない。好ましい態様では、少なくとも1つのC−H結合を有する触媒を無機触媒からさらに除外する。
本発明の方法では、触媒は炭水化物含有材料に対して1〜20重量%、好ましくは2〜15重量%、特に好ましくは6〜12重量%の量で用いるのが好ましい。
「可溶化剤」という用語には、セルロース含有材料の液体溶媒系中における溶解性を高める全ての洗浄剤が含まれる。特に、これには非イオン、陰イオン、陽イオンおよび両性洗浄剤が含まれる。特に、好適な陰イオン洗浄剤にはアルキル(エーテル)スルフェート、例えばラウリルスルフェートまたはラウリルエーテルスルフェートが含まれる。非イオン洗浄剤には特にポリエチレンエーテルまたはポリプロピレンエーテル、例えばTween20またはTriton−X並びにトリエタノールアミンが含まれる。洗浄剤は溶媒に対して0.1〜0.5重量%の量で用いるのが好ましい。
1gのセルロース(AvicelPH−101;Fluka,Buchs)を、1%HClを加えまたは加えずに、無機触媒としての100mgのゼオライトWessalith DAY P(Degussa/Evonic,エッセン)および2ml希釈H2Oと圧力容器(5ml)中に懸濁させ、20℃で1分間攪拌した。次に、この混合物を120℃に20分間加熱した。混合物を室温に冷却した後、固体および液体相を遠心分離によって分離した。固体相中のセルロース含有率は乾燥後の重量測定で測定し、液体相中のグルコース含有率はHPLC(Aminex HPX−87C;Bio−Rad,ミュンヘン)によって測定した。グルコースの収率は触媒を加えなかった方法と比較してモル基準で35%まで増加した。
実施例2:
10gのセルロース(AvicelPH−101;Fluka,Buchs)を、1%HClを加えまたは加えずに、酸で脱アルミニウム化したベントナイト(Tonsil Supreme 110F,Sud−Chemie,ミュンヘン)および20ml希釈H2Oと圧力容器(5ml)中に懸濁させ、20℃で1分間攪拌した。次に、この混合物を135℃に20分間加熱した。混合物を室温に冷却した後、固体および液体相を遠心分離によって分離した。固体相中のセルロース含有率は乾燥後の重量測定で測定し、グルコース含有率はHPLC(Aminex HPX−87C;Bio−Rad,ミュンヘン)によって測定した。液体相中のグルコースの収率は触媒を加えなかった方法と比較してモル基準で27%まで増加した。
実施例3:
1gのゼオライトWessalith DAY P(Degussa/Evonic,エッセン)を100mgのPTCl2(Sigma Aldrich,ミュンヘン)とビブロミル中で2時間にわたって激しく混合した。その後、混合物を550℃の温度で焼成した。加熱温度は10K/分であった。1gのセルロース(AvicelPH−101;Fluka,Buchs)を、1%HClを加えまたは加えずに、上記のようにドープした100mgのゼオライトおよび2ml希釈H2Oと圧力容器(5ml)中に懸濁させ、20℃で1分間攪拌した。次に、この混合物を100℃に20分間加熱した。混合物を室温に冷却した後、固体および液体相を遠心分離によって分離した。固体相中のセルロース含有率は乾燥後の重量測定で測定し、グルコース含有率はHPLC(Aminex HPX−87C;Bio−Rad,ミュンヘン)によって測定した。液体相中のグルコースの収率は触媒を加えなかった方法と比較してモル基準で56%まで増加した。
実施例4:
酸で脱アルミニウム化したベントナイト(Tonsil Supreme 110F,Sud−Chemie,ミュンヘン)1gに、20μlの25%濃度硫酸ガリウム溶液を噴霧した。含浸ベントナイトを120℃で24時間乾燥させた。1gのセルロース(AvicelPH−101;Fluka,Buchs)を、1%HClを加えまたは加えずに、上記のようにGa置換されたベントナイト100mgおよび2ml希釈H2Oと圧力容器(5ml)中に懸濁させ、20℃で1分間攪拌した。次に、この混合物を110℃に20分間加熱した。混合物を室温に冷却した後、固体および液体相を遠心分離によって分離した。固体相中のセルロース含有率は乾燥後の重量測定で測定し、グルコース含有率はHPLC(Aminex HPX−87C;Bio−Rad,ミュンヘン)によって測定した。液体相中のグルコースの収率は触媒を加えなかった方法と比較してモル基準で75%まで増加した。
実施例5:
実施例4からのベントナイト100mgを、1gのセルロース(AvicelPH−101;Fluka,Buchs)、および洗浄剤(0.25%Triton−X 100)を含有する希釈H2O2mlと圧力容器(5ml)中に懸濁させ、20℃で1分間攪拌した。次に、この混合物を110℃に20分間加熱した。混合物を室温に冷却した後、固体および液体相を遠心分離によって分離した。固体相中のセルロース含有率は乾燥後の重量測定で測定し、グルコース含有率はHPLC(Aminex HPX−87C;Bio−Rad,ミュンヘン)によって測定した。液体相中のグルコースの収率は洗浄剤を加えなかった方法と比較してモル基準で50%まで増加した。
実施例6:
10gのセルロース(AvicelPH−101;Fluka,Buchs)を、1gの酸性ベントナイト(Tonsil Supreme 110F,Sud−Chemie,ミュンヘン)および1%(w/w)H2SO4を含む希釈H2O20mlと圧力容器中に懸濁させ、20℃で1分間攪拌した。次に、この混合物を135℃に20分間加熱した。混合物を室温に冷却した後、固体および液体相を遠心分離によって分離した。固体相中のセルロース含有率は乾燥後の重量測定で測定し、グルコース含有率はHPLC(Aminex HPX−87C;Bio−Rad,ミュンヘン)によって測定した。液体相中のグルコースの収率は触媒を加えなかった方法と比較してモル基準で22%まで増加した。
Claims (10)
- 炭水化物含有材料を無機触媒で処理する方法であって、
a.所定のモノマーまたはオリゴマー構成単位を炭水化物含有材料から放出させるために、炭水化物含有材料を無機触媒で処理すること;
b.工程aで生成された所定のモノマーまたはオリゴマー構成単位を炭水化物含有材料の残りから分離すること
の工程を含む方法。 - テクトシリケート、フィロシリケートまたはハイドロタルサイトが触媒として用いられる、請求項1に記載の方法。
- ゼオライトまたはベントナイトが触媒として用いられる、請求項1または2に記載の方法。
- ドープされた無機触媒が用いられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 炭水化物含有材料が少なくとも1つの物理的、化学的または物理化学的工程であらかじめ処理される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 炭水化物含有材料の処理が溶媒系中の無機触媒を用いて行われる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 溶媒系が少なくとも1種の可溶化剤を含有する、請求項6に記載の方法。
- 溶媒系が少なくとも1種の酸、特に強い無機酸、より好ましくは塩酸を含有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 溶媒系中の酸の量が、溶媒系の全量に対して約0.1〜5重量%、より好ましくは約0.5〜2重量%である、請求項8に記載の方法。
- テクトシリケート、フィロシリケート、ハイドロタルサイトおよびそれらの混合物からなる群から選択される無機触媒の処理、特に炭水化物含有材料の解重合への使用。
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