JP2020172455A - Method for producing c5+ compounds and c5+ compounds - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、植物由来バイオマスから金属系触媒を用いた触媒反応により炭素数5以上の化合物(C5+化合物)を製造する技術に関する。 The present invention relates to a technique for producing a compound (C5 + compound) having 5 or more carbon atoms from plant-derived biomass by a catalytic reaction using a metal-based catalyst.
植物由来バイオマスは、主として、多糖であるセルロース及びヘミセルロースと高分子化合物のリグニンとの混合物(リグノセルロース)からなる。液体燃料は、この多糖成分を糖化(加水分解)し単糖へと分解し、分解された単糖を原料とすることで得られる。かかる糖化及び単糖への分解には、硫酸を用いる酸糖化法、及び、酵素を用いる酵素糖化法などが知られている。リグノセルロースの構造は非常に強固であるため、このような分解を促進させるために、バイオマスに対する処理として、例えば、高温高圧の水を用いて処理する水熱法、又は、機械的に粉砕するメカノケミカル法などが採用されている。 Plant-derived biomass mainly consists of a mixture (lignocellulose) of cellulose and hemicellulose, which are polysaccharides, and lignin, which is a high molecular compound. The liquid fuel is obtained by saccharifying (hydrolyzing) this polysaccharide component, decomposing it into monosaccharides, and using the decomposed monosaccharides as a raw material. For such saccharification and decomposition into monosaccharides, an acid saccharification method using sulfuric acid, an enzyme saccharification method using an enzyme, and the like are known. Since the structure of lignocellulose is very strong, in order to promote such decomposition, as a treatment for biomass, for example, a hydrothermal method using high temperature and high pressure water, or a mechano that is mechanically pulverized. The chemical method is adopted.
特許文献1には、リグノセルロース系バイオマスからの液体燃料及び化学物質の製造のための触媒として水相改質(APR)触媒及び水素化脱酸素(HDO)触媒などが利用されていることが開示されている。特許文献1では、ミネラル塩、ミネラル酸、タンパク質性物質、灰分及びその他有機物などの汚染物質を、水、汚染物質及びバイオマス由来の含酸素炭化水素を含む原料から除去することが述べられている。 Patent Document 1 discloses that an aqueous phase modification (APR) catalyst, a hydrodeoxidation (HDO) catalyst, and the like are used as catalysts for producing liquid fuels and chemical substances from lignocellulosic biomass. Has been done. Patent Document 1 describes removing pollutants such as mineral salts, mineral acids, proteinaceous substances, ash and other organic substances from raw materials containing oxygenated hydrocarbons derived from water, pollutants and biomass.
このような汚染物質は、触媒の寿命及び機能を低下させる触媒毒となってしまう可能性があり、そのため、上記のように汚染物質の除去を行う場合がある。 Such contaminants can result in catalyst poisons that reduce the life and function of the catalyst, and therefore the contaminants may be removed as described above.
ところで、植物由来バイオマスから炭素鎖を維持したままヘキサノール及びペンタノール、そしてこれらを脱水したヘキセン及びペンテンといった炭化水素を得ることで、ガソリンなどの燃料基材に利用しようとする試みも行われている。 By the way, attempts have been made to use it as a fuel base material such as gasoline by obtaining hydrocarbons such as hexanol and pentanol, and dehydrated hexanol and pentene from plant-derived biomass while maintaining the carbon chain. ..
例えば、特許文献2には、セルロース及びヘミセルロースからヘキサノール及びペンタノールを得る方法において、Ir−Re(イリジウム−レニウム)系触媒を用いて選択的に反応を進行させる方法が開示されている。具体的には、水相中にIr−Re系触媒とともにセルロース系バイオマスを入れて糖化することによってグルコース及びキシロースを得、更にこれらを水素化してそれぞれソルビトール及びキシリトールを得、これらの水素化分解によりヘキサノール及びペンタノールを得ることが述べられている。
For example,
また、特許文献3には、触媒を用いて、炭素数5又は6の糖アルコールであるソルビトール又はキシリトールの一部を水相改質するとともに残部を水素化分解し、炭素数を維持してヘキサノール又はペンタノールを得る方法が開示されている。 Further, in Patent Document 3, a catalyst is used to modify a part of sorbitol or xylitol, which is a sugar alcohol having 5 or 6 carbon atoms, in an aqueous phase and hydrolyze and decompose the rest to maintain the number of carbon atoms and maintain hexanol. Alternatively, a method for obtaining pentanol is disclosed.
本発明者らは、特許文献1に記載のようなリグノセルロース系バイオマス由来の含酸素炭化水素を含む原料からC5+化合物を製造する方法において、特許文献2及び3に記載のIr−Re系触媒のような金属系触媒を用いることを検討した。この場合においても水素化分解を行う際における触媒毒の影響を考慮し得る。
The present inventors have described the Ir-Re catalysts described in
本発明の目的とするところは、植物由来バイオマスから金属系触媒を用いた触媒反応における触媒毒を抑制し、高い収率でC5+化合物を得られる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for suppressing catalytic poisoning in a catalytic reaction using a metal-based catalyst from plant-derived biomass to obtain a C5 + compound in a high yield.
本開示の一態様に係るC5+化合物の製造方法は、植物由来バイオマスを糖化した糖化バイオマスから、糖化に用いられる酵素に由来する成分を除去する成分除去工程と、酵素に由来する成分が除去された糖化バイオマスのpHを調整するpH調整工程と、pHが調整された糖化バイオマスから金属系触媒を用いる触媒反応によりC5+化合物を製造する触媒反応工程と、を含む。 The method for producing a C5 + compound according to one aspect of the present disclosure includes a component removing step of removing a component derived from an enzyme used for saccharification and a component derived from the enzyme from the saccharified biomass obtained by saccharifying a plant-derived biomass. It includes a pH adjusting step of adjusting the pH of the saccharified biomass and a catalytic reaction step of producing a C5 + compound from the saccharified biomass whose pH has been adjusted by a catalytic reaction using a metal-based catalyst.
以下に、本発明によるC5+化合物の製造方法の1つの実施形態について図1乃至図3を用いてその詳細を説明する。 Hereinafter, one embodiment of the method for producing a C5 + compound according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
本実施形態におけるC5+化合物の製造方法は、リグノセルロース系バイオマスなどの植物由来バイオマスを加水分解によって糖化した単糖類などからなる糖化バイオマスを出発物質として、炭素数6のC6化合物又は炭素数5のC5化合物を触媒反応の利用によって製造するものである。ここで「C5+」はC6及びC5の両者を含み、「C5+化合物」は、かかる炭素数のモノアルコール及びアルカンを主として含むものである。また、例えば、炭素数6のC6モノアルコールであるヘキサノールは、ヒドロキシ基の位置により1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノールの3種類となるが、本実施形態においてはそのいずれをも含み得る。炭素数5のC5モノアルコールであるペンタノールについても同様に、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノールのいずれをも含み得る。また、炭素数6のC6アルカンはヘキサン、炭素数5のC5アルカンはペンタンである。 In the method for producing a C5 + compound in the present embodiment, a C6 compound having 6 carbon atoms or a C5 having 5 carbon atoms is used as a starting material, starting from glycated biomass composed of monosaccharides obtained by hydrolyzing plant-derived biomass such as lignocellulosic biomass. A compound is produced by utilizing a catalytic reaction. Here, "C5 +" includes both C6 and C5, and "C5 + compound" mainly contains monoalcohol and alkane having such carbon atoms. Further, for example, hexanol, which is a C6 monoalcohol having 6 carbon atoms, has three types of 1-hexanol, 2-hexanol, and 3-hexanol depending on the position of the hydroxy group, but any of them may be included in the present embodiment. .. Similarly, pentanol, which is a C5 monoalcohol having 5 carbon atoms, may contain any of 1-pentanol, 2-pentanol, and 3-pentanol. The C6 alkane having 6 carbon atoms is hexane, and the C5 alkane having 5 carbon atoms is pentane.
図1は、本実施形態におけるC5+化合物を得る反応工程の一例を示す図である。図1に示すように、本実施形態におけるC5+化合物の製造では、その反応工程において、まず、植物由来バイオマスを加水分解によって糖化し、単糖類を含む糖液である糖化バイオマスを得る。すなわち、リグノセルロースなどのバイオマスを糖化することによって、グルコース及びキシロースなどの単糖類を得る。ここで、グルコース及び/又はキシロースを糖化バイオマスの主成分とすることが炭素数6又は炭素数5のC5+化合物を得る上で好ましい。得られた糖化バイオマスの単糖類は触媒を用いて水素化されることにより、糖アルコールとなり、さらに触媒を用いて水素化分解されることにより、炭素数6又は炭素数5のモノアルコール及びアルカンなどからなるC5+化合物が得られる。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a reaction step for obtaining a C5 + compound in the present embodiment. As shown in FIG. 1, in the production of the C5 + compound in the present embodiment, in the reaction step, first, plant-derived biomass is saccharified by hydrolysis to obtain saccharified biomass which is a sugar solution containing monosaccharides. That is, monosaccharides such as glucose and xylose are obtained by saccharifying biomass such as lignocellulose. Here, it is preferable to use glucose and / or xylose as the main component of the saccharified biomass in order to obtain a C5 + compound having 6 or 5 carbon atoms. The monosaccharides of the obtained saccharified biomass are hydrogenated using a catalyst to become sugar alcohols, and further hydrolyzed and decomposed using a catalyst to produce monoalcohols having 6 or 5 carbon atoms, alkanes and the like. A C5 + compound consisting of is obtained.
ここで、水素化の工程における触媒反応及び水素化分解の工程における触媒反応に用いられる触媒としては、金属系触媒を採用する。金属系触媒は、金属及び/又は金属酸化物を触媒担体に担持させたものであり、例えば、Ir及びReOxを二酸化ケイ素(SiO2)又は酸化チタン(TiO2)に担持させたIr−Re系触媒が挙げられる。なお、金属系触媒はこれに限定されず、例えば、Rh及びMoOxをSiO2又はTiO2に担持させたものであってもよい。また、金属系触媒は、更に貴金属が用いられたものであってもよい。金属系触媒は、例えば、Pt又はPdなどの貴金属を上記Ir−Re系触媒に担持させたものであってもよい。なお、水素化の工程に用いる触媒と、水素化分解の工程に用いる触媒とは、同じものであってもよいし、異なるものであってもよいが、少なくとも水素化分解の工程に用いる触媒は、Ir−Re系触媒であることが好ましい。Ir−Re系触媒を用いることで、触媒反応の反応効率を向上させ得る。 Here, a metal-based catalyst is adopted as the catalyst used for the catalytic reaction in the hydrogenation step and the catalytic reaction in the hydrogenation decomposition step. Metallic catalysts, the metals and / or metal oxides are those obtained by supporting the catalyst carrier, for example, Ir and ReO x silicon dioxide (SiO 2) or titanium oxide Ir-Re which were supported on (TiO 2) A system catalyst can be mentioned. The metal catalyst is not limited to this, and may be, for example, one in which Rh and MoO x are supported on SiO 2 or TiO 2 . Further, the metal-based catalyst may be one in which a noble metal is further used. The metal-based catalyst may be, for example, one in which a noble metal such as Pt or Pd is supported on the Ir-Re-based catalyst. The catalyst used in the hydrogenation step and the catalyst used in the hydrocracking step may be the same or different, but at least the catalyst used in the hydrocracking step is , Ir-Re based catalyst is preferable. By using an Ir-Re based catalyst, the reaction efficiency of the catalytic reaction can be improved.
図2は、本実施形態における反応工程のうち、水素化分解の工程の一例を示す図である。図2に示すように、水素化分解の工程における触媒反応においては、水相改質によって得られる水素(内部水素)と、外部から供給される水素(外部水素)とを利用して、触媒を用いて水素化分解を行う。具体的には、水素化分解の工程では、糖化バイオマスに含まれる単糖を水素化して得られる糖アルコールの一部を水相改質することにより水素を得て、水相改質により得られた水素を用いて糖アルコールの残部を水素化分解する。例えば、図示するようなソルビトールからC6化合物を生成する場合、ソルビトールの一部から水相改質により水素を得て、かかる水素を利用して、ソルビトール(又は、ソルビトールに分解される前のグルコースを含む)の残部を水素化分解して、C6化合物が生成される。単糖をキシリトールとした場合においては、図示を省略するが、同様に一部を水相改質して得た水素を水素化分解に用い得る。ここで、水相改質を含む水素化分解の工程では、Ir−Re系触媒にPt又はPd等の貴金属を担持させた触媒を用いることが好ましい。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a hydrogenation decomposition step among the reaction steps in the present embodiment. As shown in FIG. 2, in the catalytic reaction in the process of hydrocracking, hydrogen obtained by aqueous phase reforming (internal hydrogen) and hydrogen supplied from the outside (external hydrogen) are used to prepare a catalyst. It is used for hydrocracking. Specifically, in the process of hydrocracking, hydrogen is obtained by hydrogenating a part of the sugar alcohol obtained by hydrogenating the simple sugar contained in the saccharified biomass, and the hydrogen is obtained by the aqueous phase modification. The balance of sugar alcohol is hydrolyzed and decomposed using hydrogen. For example, when a C6 compound is produced from sorbitol as shown in the figure, hydrogen is obtained from a part of sorbitol by aqueous phase modification, and such hydrogen is used to obtain sorbitol (or glucose before being decomposed into sorbitol). (Including) is hydrolyzed to produce a C6 compound. When the monosaccharide is xylitol, although not shown, hydrogen obtained by partially modifying the aqueous phase can be used for hydrocracking. Here, in the process of hydrocracking including aqueous phase modification, it is preferable to use a catalyst in which a noble metal such as Pt or Pd is supported on the Ir-Re catalyst.
なお、図2に示す水素化分解の工程は一例であり、水素化分解の工程において、水相改質を行わなくてもよい。この場合、水素化分解に用いる水素を外部から供給してもよい。また、水相改質によって得られる水素及び外部から供給される水素の両方を用いて水素化分解を行ってもよい。 The hydrocracking step shown in FIG. 2 is an example, and the aqueous phase modification may not be performed in the hydrocracking step. In this case, hydrogen used for hydrocracking may be supplied from the outside. Further, hydrocracking may be carried out using both hydrogen obtained by aqueous phase reforming and hydrogen supplied from the outside.
図3は、C5+化合物の製造方法の一例を示すフロー図である。図3を参照すると、本実施形態に係るC5+化合物の製造方法は、植物由来バイオマスから糖化バイオマスを製造し(S1)、その後、糖化バイオマスに対し、成分除去(S2)及びpH調整(S3)をこの順に行い、触媒反応(S4)を行う。 FIG. 3 is a flow chart showing an example of a method for producing a C5 + compound. Referring to FIG. 3, the method for producing a C5 + compound according to the present embodiment is to produce saccharified biomass from plant-derived biomass (S1), and then remove components (S2) and adjust pH (S3) of the saccharified biomass. In this order, the catalytic reaction (S4) is carried out.
糖化バイオマスの製造(S1)は、どのような方法で行われるものであってもよい。本実施形態では、公知の製造方法で行われるとする。植物由来バイオマスには、様々な不純物が含まれているため、該植物由来バイオマスから得られる糖化バイオマスにも不純物が含まれる。 The production of saccharified biomass (S1) may be carried out by any method. In this embodiment, it is assumed that the production is performed by a known production method. Since the plant-derived biomass contains various impurities, the saccharified biomass obtained from the plant-derived biomass also contains impurities.
なお、本願発明者らは、金属系触媒の一つであるIr−Re系触媒が酸性条件下で良好に触媒反応を進行させることを観察している。したがって、本願発明者らは、触媒反応の進行に糖類過分解物に含まれる有機酸の影響は少ないという知見を得た。また、糖類過分解物であるフルフラールを含まないユーカリ由来のパルプ糖液を用いた触媒反応の試験において、触媒反応を進行させない場合のあることが観察されている。よって、本願発明者らは、糖類過分解物以外の物質によって触媒反応の進行が妨げられていると考えた。糖化バイオマスに含まれる糖類過分解物以外の物質には、例えば、NaCl、硫黄分(S分)及び窒素分(N分)等が含まれる。このうち、例えばNaClは数百ppm程度含まれることはあるが、この程度の濃度のNaClが触媒活性の低下に影響を及ぼさないことが観察されている。また、S分及びN分に対し、イオン交換によって、イオン性を除去しても、その後の処理によっては、触媒の活性の低下が観察された。よって、本願発明者らは、イオン性を有するS分及びN分が触媒活性の低下の原因ではないと考えた。すなわち、本願発明者らは、イオン性を有しないS分及びN分の少なくとも何れかを含む成分、具体的には、タンパク質及びタンパク質の構成要素のアミノ酸、例えばメチオニン及びシステインが触媒活性の低下の主な原因であることを見出した。 The inventors of the present application have observed that the Ir-Re catalyst, which is one of the metal catalysts, promotes the catalytic reaction satisfactorily under acidic conditions. Therefore, the inventors of the present application have found that the organic acid contained in the saccharide peroxide has little influence on the progress of the catalytic reaction. In addition, in a catalytic reaction test using a pulp sugar solution derived from eucalyptus that does not contain furfural, which is a saccharide peroxide, it has been observed that the catalytic reaction may not proceed. Therefore, the inventors of the present application considered that the progress of the catalytic reaction was hindered by substances other than the peroxidized saccharides. Substances other than saccharide peroxides contained in saccharified biomass include, for example, NaCl, sulfur (S), nitrogen (N) and the like. Of these, for example, NaCl may be contained in an amount of about several hundred ppm, but it has been observed that NaCl having a concentration of this degree does not affect the decrease in catalytic activity. Further, even if the ionicity was removed from the S and N components by ion exchange, a decrease in the activity of the catalyst was observed by the subsequent treatment. Therefore, the inventors of the present application considered that the ionic S and N components were not the cause of the decrease in catalytic activity. That is, the inventors of the present application have found that components containing at least one of S and N, which are not ionic, specifically, proteins and amino acids of protein constituents, such as methionine and cysteine, reduce the catalytic activity. Found to be the main cause.
得られた糖化バイオマス中に糖化に用いられる酵素、又は、タンパク質若しくはアミノ酸が残存すると、糖化バイオマス中の単糖のその後の触媒反応の進行を妨げるように触媒を被毒させてしまうことがある。タンパク質及びアミノ酸は主として糖化バイオマスの製造(S1)に用いられる酵素に由来する成分(酵素由来成分)である。本発明者らは触媒活性の低下の主な原因と考えられるタンパク質及びアミノ酸などの酵素由来成分又は酵素成分を除去することで触媒の被毒を抑制できることを見出した。 If an enzyme, protein or amino acid used for saccharification remains in the obtained saccharified biomass, the catalyst may be poisoned so as to hinder the subsequent progress of the catalytic reaction of the monosaccharide in the saccharified biomass. Proteins and amino acids are components derived from enzymes (enzyme-derived components) mainly used in the production of saccharified biomass (S1). The present inventors have found that the poisoning of a catalyst can be suppressed by removing enzyme-derived components such as proteins and amino acids or enzyme components, which are considered to be the main causes of a decrease in catalytic activity.
そこで、成分除去(S2)の工程において糖化に用いられる酵素由来成分を除去する。具体的には、例えば吸着剤を糖化バイオマス中に投入し、その後、当該吸着剤を糖化バイオマス中から除去することで、酵素成分、並びに、タンパク質及びアミノ酸を含む酵素由来成分を除去する。吸着剤としては、例えば、二酸化ケイ素及び酸化マグネシウムを主成分とする「ミズカライフ」(登録商標、水澤化学工業株式会社製)が好適である。なお、酵素由来成分は、例えば、タンパク質及びアミノ酸であるが、これに限定されるものではなく、他の酵素由来の成分を含む。 Therefore, the enzyme-derived component used for saccharification is removed in the step of component removal (S2). Specifically, for example, an adsorbent is put into the saccharified biomass, and then the adsorbent is removed from the saccharified biomass to remove the enzyme component and the enzyme-derived component containing a protein and an amino acid. As the adsorbent, for example, "Mizuka Life" (registered trademark, manufactured by Mizusawa Industrial Chemicals Co., Ltd.) containing silicon dioxide and magnesium oxide as main components is suitable. The enzyme-derived components are, for example, proteins and amino acids, but are not limited thereto, and include components derived from other enzymes.
また、pH調整(S3)の工程では、成分除去(S2)の工程において吸着剤を用いることで塩基性になった糖化バイオマスを中性又は酸性にする。触媒反応に用いるIr−Re系触媒は酸性環境において高い活性を得られる。よって、高い活性を維持させるようpHを調整する。具体的には、イオン除去又は酸処理を行う。イオン除去とは、例えばイオン交換樹脂を糖化バイオマス中に投入し、その後、当該イオン交換樹脂を糖化バイオマス中から除去することで、金属イオン、無機酸イオン及び無機塩基イオン等を含む無機イオンを除去することである。また、酸処理とは、例えば、糖化バイオマス中に酸(例えば、硫酸)を投入することで、糖液を酸性にすることである。 Further, in the step of pH adjustment (S3), the saccharified biomass that has become basic by using an adsorbent in the step of component removal (S2) is made neutral or acidic. The Ir-Re catalyst used for the catalytic reaction can obtain high activity in an acidic environment. Therefore, the pH is adjusted to maintain high activity. Specifically, ion removal or acid treatment is performed. Ion removal means, for example, putting an ion exchange resin into a saccharified biomass and then removing the ion exchange resin from the saccharified biomass to remove inorganic ions including metal ions, inorganic acid ions, and inorganic base ions. It is to be. Further, the acid treatment is to make the sugar solution acidic by, for example, adding an acid (for example, sulfuric acid) into the saccharified biomass.
以上のような、成分除去(S2)及びpH調整(S3)をこの順で行うことで、続く触媒反応(S4)において金属系触媒の触媒毒を抑制し高い活性を維持させて、水素化及び水素化分解の工程における触媒反応を進行させて高い収率でC5+化合物を得ることができる。 By performing the component removal (S2) and pH adjustment (S3) in this order as described above, the catalytic poisoning of the metal-based catalyst is suppressed in the subsequent catalytic reaction (S4) to maintain high activity, and hydrogenation and hydrogenation and The C5 + compound can be obtained in high yield by advancing the catalytic reaction in the step of hydrocracking.
[C5+化合物の製造試験]
次に糖化バイオマスを用いたC5+化合物の製造試験について説明する。
[C5 + compound production test]
Next, a production test of a C5 + compound using saccharified biomass will be described.
[試験1]
糖化バイオマスとしてユーカリ由来のパルプ糖液を準備し、当該パルプ糖液に対し、成分除去(S2)及びpH調整(S3)を行った。その後、金属系触媒を用いた触媒反応により、生成されたC5+生成物を分析した。pH調整(S3)の工程では、イオン除去を行った。
[Test 1]
A pulp sugar solution derived from eucalyptus was prepared as a saccharified biomass, and the pulp sugar solution was subjected to component removal (S2) and pH adjustment (S3). Then, the C5 + product produced was analyzed by a catalytic reaction using a metal-based catalyst. In the step of pH adjustment (S3), ion removal was performed.
表1に示すように、まず、成分除去(S2)を行った2種類のパルプ糖液を準備した。すなわち、成分除去(S2)において、ミズカライフ(登録商標、水澤化学工業株式会社製)を吸着剤として用いたもの(A:No.1、3)及び炭素吸着剤を用いたもの(B:No.2、4)を準備した。このうちNo.1、2についてはイオン除去をせず、No.3、4については、イオン除去を行った。イオン除去では糖液20gに対してイオン交換樹脂としてダイアイオン(登録商標、SMNUPB;三菱ケミカル株式会社製)7.5gを添加し、その後糖液からイオン交換樹脂を除去した。なお、No.5は比較のため、精製されたグルコース試薬を糖液として用いた。 As shown in Table 1, first, two types of pulp sugar solutions from which the components had been removed (S2) were prepared. That is, in the component removal (S2), one using Mizuka Life (registered trademark, manufactured by Mizusawa Industrial Chemicals Co., Ltd.) as an adsorbent (A: No. 1, 3) and one using a carbon adsorbent (B: No). .2, 4) was prepared. Of these, No. For 1 and 2, the ions were not removed, and No. For 3 and 4, ions were removed. In ion removal, 7.5 g of diaion (registered trademark, SMNUPB; manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was added to 20 g of the sugar solution as an ion exchange resin, and then the ion exchange resin was removed from the sugar solution. In addition, No. For comparison, No. 5 used a purified glucose reagent as a sugar solution.
ここで、各糖液の性状を調査した。Naイオン濃度は、ICP発光分光分析装置によって定量分析した。S分は、燃焼管式酸素法−イオンクロマトグラフ法によって定量分析した。また、グルコース(Glu)及びキシロース(Xyl)は、高速液体クロマトグラフによって定量分析した。 Here, the properties of each sugar solution were investigated. The Na ion concentration was quantitatively analyzed by an ICP emission spectrophotometer. The S component was quantitatively analyzed by the combustion tube oxygen method-ion chromatograph method. In addition, glucose (Glu) and xylose (Xyl) were quantitatively analyzed by high performance liquid chromatography.
次いで、No.1〜5の糖液のそれぞれに対し、触媒反応させた。触媒反応には、加熱容器として、ガラス製内管を有するSUS316製オートクレーブ(容量:100mL)を用いた。加熱容器内に水5.0gを収容しIr−ReOx/SiO2触媒0.3gを還元処理した後、該加熱容器内に糖液5.0gを収容した。なお、No.5については糖液5.0gの代わりにグルコース試薬0.75gを収容した。次いで、加熱容器内にn−トリデカン20mLを加え、加熱容器内の圧力が室温で6.0MPaとなるよう水素ガスを導入し、加熱容器を180℃に加熱して3時間保持した。 Next, No. A catalytic reaction was carried out with each of the sugar solutions 1 to 5. For the catalytic reaction, a SUS316 autoclave (capacity: 100 mL) having a glass inner tube was used as a heating container. 5.0 g of water was placed in the heating container and 0.3 g of the Ir-ReO x / SiO 2 catalyst was reduced, and then 5.0 g of the sugar solution was stored in the heating container. In addition, No. For No. 5, 0.75 g of glucose reagent was contained instead of 5.0 g of sugar solution. Next, 20 mL of n-tridecane was added into the heating vessel, hydrogen gas was introduced so that the pressure in the heating vessel became 6.0 MPa at room temperature, and the heating vessel was heated to 180 ° C. and held for 3 hours.
反応後のグルコース(Glu)及びキシロース(Xyl)の残存量を上記と同様に定量分析して転化率を求めた。また、「C5+生成物」としてC5+アルカン(ヘキサン及びペンタン)、C5+モノオール(ヘキサノール及びペンタノール)、C5+ジオール(ヘキサンジオール及びペンタンジオール)をガスクロマトグラフ及び高速液体クロマトグラフを用いて定量分析し収率を求めた。なお、表中「ND」は対象とする物質が検出されなかったことを示す。 The residual amounts of glucose (Glu) and xylose (Xyl) after the reaction were quantitatively analyzed in the same manner as described above to determine the conversion rate. In addition, C5 + alkane (hexane and pentane), C5 + monool (hexanol and pentanol), and C5 + diol (hexanediol and pentanediol) were quantitatively analyzed and collected as "C5 + product" using a gas chromatograph and a high performance liquid chromatograph. I asked for the rate. In the table, "ND" indicates that the target substance was not detected.
なお、単糖(ここではグルコース及びキシロース)の転化率は、単糖を他の物質に転化させた割合であり次式で与えられる。
転化率(%)=(反応前の単糖の量-反応後の単糖の量(残存量))/(反応前の単糖の量)×100
The conversion rate of monosaccharides (here, glucose and xylose) is the ratio of monosaccharides converted to other substances and is given by the following formula.
Conversion rate (%) = (amount of monosaccharide before reaction-amount of monosaccharide after reaction (residual amount)) / (amount of monosaccharide before reaction) × 100
また、収率は単糖(グルコース及びキシロース)から転化された着目する生成物、すなわちC5+化合物の炭素収率であり、次式で与えられる。
収率(%)=(着目する生成物の総炭素モル数)/(単糖の総炭素モル数)×100
例えば、「着目する生成物の総炭素モル数」は、定量分析された着目する生成物のモル数に、その生成物の炭素数をかけて算出できる。また、「単糖の総炭素モル数」も同様に、加熱容器に仕込んだ単糖のモル数に、炭素数をかけて算出できる。
The yield is the carbon yield of the product of interest, that is, the C5 + compound converted from monosaccharides (glucose and xylose), and is given by the following formula.
Yield (%) = (total number of moles of carbon of the product of interest) / (total number of moles of monosaccharide) x 100
For example, the "total number of carbon moles of the product of interest" can be calculated by multiplying the number of moles of the product of interest quantitatively analyzed by the number of carbon atoms of the product. Similarly, the "total number of moles of monosaccharides" can be calculated by multiplying the number of moles of monosaccharides charged in the heating container by the number of carbon atoms.
グルコース及びキシロースの転化率から、No.1〜5の試料の全てにおいて、グルコース及びキシロースのほぼ全量が触媒反応によって水素化されたものと考えられる。しかし、イオン除去を行わなかったNo.1、2においてC5+アルカン、C5+モノオールが生成されず、触媒の被毒によって水素化分解の工程における触媒反応が充分に進行しなかったものと考えられる。また、イオン除去を行ったNo.3、4においてグルコース試薬を用いたNo.5と比較しても十分な量のC5+アルカン、C5+モノオールが生成された。これにより、成分除去(S2)及びpH調整(S3;イオン除去)をこの順で行うことで、水素化分解の工程におけるIr−Re系触媒の被毒を低減でき、高い収率でC5+化合物を製造できた。 From the conversion rates of glucose and xylose, No. It is considered that almost all of glucose and xylose were hydrogenated by the catalytic reaction in all of the samples 1 to 5. However, No. 1 in which ion removal was not performed. It is probable that C5 + alkane and C5 + monool were not produced in 1 and 2, and the catalytic reaction in the process of hydrocracking did not proceed sufficiently due to the poisoning of the catalyst. In addition, No. 1 in which ions were removed. No. 3 and 4 using glucose reagent. A sufficient amount of C5 + alkane and C5 + monool was produced as compared with 5. As a result, by performing component removal (S2) and pH adjustment (S3; ion removal) in this order, poisoning of the Ir-Re catalyst in the process of hydrocracking can be reduced, and the C5 + compound can be produced in a high yield. I was able to manufacture it.
[試験2]
さらに、同様にC5+化合物の製造試験を行い、生成物を分析した。
[Test 2]
Further, the production test of the C5 + compound was carried out in the same manner, and the product was analyzed.
表2に示すように、No.3、4及び5については試験1と同一の試料であり、比較のために同一の試験結果を示した。No.6では成分除去(S2)及びpH調整(S3、イオン除去)のいずれも行わなかった糖液を準備した。また、No.7ではNo.3と同様に成分除去(S2)においてミズカライフ(登録商標)を吸着剤として用い、イオン除去をした糖液を用いたが、触媒反応において触媒の投入量を0.1gに減じた。No.8では成分除去(S2)及びイオン除去を逆の順番で行って得た糖液を用いて、触媒の投入量を0.1gとした。また、触媒反応についても試験1と同様に行った。 As shown in Table 2, No. Items 3, 4 and 5 were the same samples as in Test 1, and the same test results were shown for comparison. No. In No. 6, a sugar solution in which neither component removal (S2) nor pH adjustment (S3, ion removal) was performed was prepared. In addition, No. In No. 7, No. In the same manner as in No. 3, Mizuka Life (registered trademark) was used as an adsorbent in the component removal (S2), and the sugar solution from which the ions had been removed was used, but the amount of the catalyst input was reduced to 0.1 g in the catalytic reaction. No. In No. 8, the amount of the catalyst charged was 0.1 g using the sugar solution obtained by performing the component removal (S2) and the ion removal in the reverse order. The catalytic reaction was also carried out in the same manner as in Test 1.
各糖液の性状は、試験1と同じ項目については同じ方法を用いて定量分析した。N分は、酸素燃焼−化学発光法によって定量分析した。また、pHは、ガラス薄膜電位差法で測定した。なお、No.7、8については電気伝導率を交流2極法によって測定し、Naイオンの欄に符号を付して欄外に示した。No.8ではNaイオン濃度を測定していない。 The properties of each sugar solution were quantitatively analyzed using the same method for the same items as in Test 1. The N content was quantitatively analyzed by the oxygen combustion-chemiluminescence method. The pH was measured by the glass thin film potentiometric method. In addition, No. For 7 and 8, the electric conductivity was measured by the AC bipolar method, and the Na ion column was coded and shown in the margin. No. In No. 8, the Na ion concentration was not measured.
成分除去(S2)及びpH調整(S3、イオン除去)のいずれも省略したNo.6では、他に比べて触媒反応に用いた糖液のS分及びN分が多く、触媒反応後にC5+アルカン及びC5+モノオールが検出されなかったことから、触媒の被毒によって触媒反応が充分に進行しなかったことが判る。特に、グルコース及びキシロースの転化率が試験1も含めた他の試料に比べて低く、水素化の工程における触媒反応に関しても触媒に被毒の影響があったものと考えられる。このような被毒は、触媒反応に用いた糖液にS分及びN分を含む酵素由来成分が多かったことが主な原因であると考えられる。 No. 1 in which both component removal (S2) and pH adjustment (S3, ion removal) were omitted. In No. 6, the sugar solution used for the catalytic reaction had more S and N components than the others, and C5 + alkane and C5 + monool were not detected after the catalytic reaction. Therefore, the catalytic reaction was sufficiently due to the poisoning of the catalyst. It turns out that it did not progress. In particular, the conversion rates of glucose and xylose were lower than those of other samples including Test 1, and it is considered that the catalyst was poisoned with respect to the catalytic reaction in the hydrogenation step. It is considered that the main cause of such poisoning is that the sugar solution used for the catalytic reaction contained a large amount of enzyme-derived components containing S and N components.
No.7では触媒の量を少なくしたためNo.3に比べて生成されたC5+アルカン及びC5+モノオールの量が少なくなったが、触媒反応は比較的良好に進行したものと考えられる。これに対してpH調整(S3、イオン除去)の後に成分除去(S2)を行うように順番を入れ替えて処理したNo.8では、pHの数値が大きくなり、生成物としてC5+アルカン及びC5+モノオールが検出されなかった。つまり、成分除去(S2)及びpH調整(S3)は、この順で行われる必要がある。なお、触媒反応に用いた糖液の電気伝導率において、No.7よりもNo.8の方が大幅に大きく、このことからも、イオン除去を先に行ってもその後の成分除去によって塩基性環境になったと考えられる。 No. In No. 7, the amount of catalyst was reduced, so No. Although the amount of C5 + alkane and C5 + monool produced was smaller than that of 3, it is considered that the catalytic reaction proceeded relatively well. On the other hand, No. was treated by changing the order so that the component removal (S2) was performed after the pH adjustment (S3, ion removal). At 8, the pH value increased, and C5 + alkane and C5 + monool were not detected as products. That is, the component removal (S2) and the pH adjustment (S3) need to be performed in this order. In addition, in the electric conductivity of the sugar solution used for the catalytic reaction, No. No. 7 rather than 7. No. 8 is significantly larger, and from this, it is considered that even if the ion removal is performed first, the basic environment is created by the subsequent removal of the components.
[試験3]
さらに、同様にC5+化合物の製造試験を行い、生成物を分析した。表3に示すように、No.3については試験1及び2と同一の試料であり、比較のために同一の試験結果を示した。No.9では成分除去(S2)を行った後、pH調整(S3)として、酸処理を行った。No.9ではNo.3と同様に成分除去(S2)においてミズカライフ(登録商標)を吸着剤として用いた。酸処理では、成分除去を行った糖液に硫酸123mgを添加した。触媒反応についても試験1と同様に行った。
[Test 3]
Further, the production test of the C5 + compound was carried out in the same manner, and the product was analyzed. As shown in Table 3, No. No. 3 was the same sample as
No.9の糖液の性状は、成分除去(S2)の工程を行った後に、試験2と同じ方法を用いて定量分析した。また、転化率及び収率は試験2と同じ方法を用いて定量分析した。pH調整(S3)の工程において、酸処理を行ったNo.9では、溶液中にS分及びN分が含まれるが、水素化分解において触媒反応が充分に進行した。糖液に酸を加えたことから、溶液が酸性となり、Ir−Re系触媒の反応が進んだことがわかる。このように、pH調整の工程において酸処理を行うことにより、Ir−Re系触媒の被毒を低減でき、高い収率でC5+化合物を製造できた。
No. The properties of the sugar solution of No. 9 were quantitatively analyzed using the same method as in
以上、本開示による実施例を説明したが、本開示は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本開示の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。 Although the examples according to the present disclosure have been described above, the present disclosure is not necessarily limited to this, and those skilled in the art can use various methods without departing from the gist of the present disclosure or the scope of the attached claims. Alternative and modified examples could be found.
S1 糖化バイオマスの製造
S2 成分除去
S3 pH調整
S4 触媒反応
S1 Production of saccharified biomass S2 Component removal S3 pH adjustment S4 Catalytic reaction
Claims (9)
前記酵素に由来する成分が除去された前記糖化バイオマスのpHを調整するpH調整工程と、
pHが調整された前記糖化バイオマスから金属系触媒を用いる触媒反応によりC5+化合物を製造する触媒反応工程と、
を含むことを特徴とするC5+化合物の製造方法。 A component removal step that removes components derived from enzymes used for saccharification from saccharified biomass that is saccharified from plant-derived biomass.
A pH adjusting step for adjusting the pH of the saccharified biomass from which the components derived from the enzyme have been removed, and
A catalytic reaction step of producing a C5 + compound from the saccharified biomass whose pH has been adjusted by a catalytic reaction using a metal-based catalyst, and
A method for producing a C5 + compound, which comprises.
A C5 + compound produced by the production method according to any one of claims 1 to 8.
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