JP4673255B2 - Monosaccharide and furfural production method - Google Patents
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Description
本発明は単糖およびフルフラールの製造方法に関する技術分野に属するものであり、特には、木質バイオマス(木屑、鋸屑、建築廃材等)からグルコース等の単糖類およびフルフラールを高生成率で生成させる単糖およびフルフラールの製造方法に関する技術分野に属するものである。 The present invention belongs to a technical field relating to a method for producing monosaccharides and furfural, and in particular, monosaccharides that produce monosaccharides such as glucose and furfural with high production rate from woody biomass (wood chips, sawdust, building waste, etc.). And it belongs to the technical field regarding the production method of furfural.
産業・家庭廃棄物には、多量のバイオポリマーや合成ポリマーが含まれているが、そのほとんどは再利用されずに廃棄されているのが実状である。これらのポリマーは貴重な化学原料やエネルギー資源となり得るものであり、これらを大量に処理して有効に利用することのできる技術の開発が望まれている。 Industrial and household waste contains large amounts of biopolymers and synthetic polymers, but most of them are discarded without being reused. These polymers can be valuable chemical raw materials and energy resources, and it is desired to develop a technology capable of processing them in large quantities and effectively using them.
ポリマー資源のうち最も期待されているものの一つとしては、紙、木材、わら等の農林生産物中に含まれている大量のセルロースが挙げられる。セルロースからグルコース等の糖類をはじめとする有用成分を得る技術として、従来より(1) 熱分解法、(2) 酸触媒を用いた高温加水分解法、(3) 酵素による加水分解法等、様々な方法が知られているが、上記(1) の方法では、反応制御が不可能で糖類の生成率が低いという欠点があり、(2) の方法では、添加する酸による装置腐食や生成物からの酸除去等の問題があり、このような不具合を回避するために酸の濃度を抑制すると糖の生成率が低くなるという欠点がある。(3) の方法は、反応速度が遅く工業的な生産技術としては利用できない。 One of the most promising polymer resources is the large amount of cellulose contained in agricultural, forestry products such as paper, wood and straw. There are various techniques for obtaining useful components such as sugars such as glucose from cellulose, such as (1) thermal decomposition, (2) high-temperature hydrolysis using acid catalyst, and (3) enzymatic hydrolysis. However, the above method (1) has the disadvantages that the reaction control is impossible and the rate of saccharide formation is low. There is a problem such as acid removal from the water, and there is a disadvantage that the rate of sugar production is reduced if the acid concentration is suppressed to avoid such problems. The method (3) has a slow reaction rate and cannot be used as an industrial production technique.
そこで、酸や酵素を用いずに加水分解を行う技術が提案(開示)されている。例えば、特開平10-327900 号公報には、セルロース粉末を200 〜300 ℃の加圧熱水と接触させて加水分解を行い、糖類が得られることが開示されている。特開2002-85100号公報には、セルロース又はセルロース含有物質の粉末を、触媒としてランタノイドイオンの存在下、220 〜270 ℃の加圧熱水と接触させて加水分解を行い、高い効率で糖類が得られることが開示されている。
しかしながら、上記の特開平10-327900 号公報や特開2002-85100号公報に開示された技術(以下、従来技術という)においては、まだ分解率が悪くて不充分であり、どうしても糖収率が低下しやすく、また、有用成分のセルロースの大部分がそのまま使用しがたいオリゴ糖で回収されるため、それを利用するには単糖化のための酵素処理等が必要となる。 However, the techniques disclosed in the above-mentioned JP-A-10-327900 and JP-A-2002-85100 (hereinafter referred to as conventional techniques) are still inadequate due to the poor decomposition rate, and the sugar yield is inevitably high. Since most of the useful component cellulose is recovered as an oligosaccharide which is difficult to use as it is, the enzyme treatment for monosaccharide conversion is required to utilize this.
ところで、これまではグルコース等の単糖類を得ることが主目的とされていたため、単糖の分解物であるフルフラール類は副生成物とされていたが、このフルフラール類はプラスチック材料として用いられ、現在は大部分の単糖よりも高価で有用な材料である。従って、単糖とフルフラール類を積極的に生成させることが望ましい。 By the way, until now, since the main purpose was to obtain monosaccharides such as glucose, furfurals, which are decomposition products of monosaccharides, were used as by-products, but these furfurals were used as plastic materials, It is now a more expensive and useful material than most monosaccharides. Therefore, it is desirable to actively produce monosaccharides and furfurals.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、木質バイオマスから単糖およびフルフラールを従来技術の場合よりも高い生成率で生成させることができる単糖およびフルフラールの製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to produce monosaccharides and furfural that can produce monosaccharides and furfural from woody biomass at a higher production rate than in the case of the prior art. Is to provide a method.
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。本発明によれば上記目的を達成することができる。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have completed the present invention. According to the present invention, the above object can be achieved.
このようにして完成され上記目的を達成することができた本発明は、単糖およびフルフラールの製造方法に係わり、請求項1〜2記載の単糖およびフルフラールの製造方法(第1〜2発明に係る単糖およびフルフラールの製造方法)であり、それは次のような構成としたものである。 The present invention, which has been completed in this way and has achieved the above object, relates to a method for producing monosaccharides and furfural. The method for producing monosaccharides and furfurals according to claim 1 or 2 (inventions 1 to 2) . A method for producing such monosaccharides and furfural), which has the following constitution.
即ち、請求項1記載の単糖およびフルフラールの製造方法は、木質バイオマスを300 ℃超350 ℃以下、13〜30MPa の高温高圧水に5分以上接触させて分解処理し、この分解処理により生成する単糖およびフルフラールからフルフラールを吸着材に吸着させて分離する単糖およびフルフラールの製造方法であって、前記吸着材として、前記分解処理により生成する残渣を炭化処理したものを用いることを特徴とする単糖およびフルフラールの製造方法である〔第1発明〕。 That is, according to the method for producing monosaccharides and furfural according to claim 1, the woody biomass is decomposed by contacting it with high-temperature and high-pressure water of more than 300 ° C. and not more than 350 ° C. and 13 to 30 MPa for 5 minutes or more, and is produced by this decomposition treatment. A method for producing monosaccharides and furfural by adsorbing and separating furfural from monosaccharides and furfural on an adsorbent, wherein the adsorbent is obtained by carbonizing a residue generated by the decomposition treatment. A method for producing monosaccharides and furfural [first invention].
請求項2記載の単糖およびフルフラールの製造方法は、前記吸着材として、前記残渣を炭化処理した後、賦活処理したものを用いる請求項1記載の単糖およびフルフラールの製造方法である〔第2発明〕。 Method for producing a monosaccharide and furfural as claimed in claim 2, wherein, as the adsorbent, after carbonizing the residue, a method for producing a monosaccharide and furfural as claimed in claim 1, wherein the use of those activation treatment Second invention〕.
本発明に係る単糖およびフルフラールの製造方法によれば、木質バイオマスから単糖およびフルフラールを従来技術(特開平10-327900 号公報や特開2002-85100号公報に開示された技術)の場合よりも高い生成率で生成させることができる。 According to the method for producing monosaccharides and furfural according to the present invention, monosaccharides and furfural from woody biomass are obtained from the conventional techniques (the techniques disclosed in JP-A-10-327900 and JP-A-2002-85100). Can be produced at a high production rate.
木質バイオマスを高温の加圧熱水(高温高圧水)に接触させて加水分解処理をすると、この処理後の高温高圧水には、単糖以外にもフルフラール類、リグニン分解物、低級有機酸等の有用な成分が複数存在する。フルフラール類はプラスチック材料等として注目されているので、単糖だけでなく、フルフラール類の生成量も積極的に増加させることが望ましい。そこで、本発明者らは、単糖およびフルフラール類の生成量を増加させるべく、鋭意研究を重ねた。その結果、木質バイオマスを300 ℃超350 ℃以下、13〜30MPa の高温高圧水に5分以上接触させて分解処理すると、木質バイオマスから単糖およびフルフラールを従来技術の場合よりも高い生成率で生成させることができることがわかった。 When woody biomass is contacted with high-temperature pressurized hot water (high-temperature and high-pressure water) and hydrolyzed, the high-temperature and high-pressure water after this treatment includes not only monosaccharides but also furfurals, lignin degradation products, lower organic acids, etc. There are several useful components. Since furfurals are attracting attention as plastic materials and the like, it is desirable to actively increase not only monosaccharides but also the amount of furfurals produced. Therefore, the present inventors have conducted extensive studies to increase the production amounts of monosaccharides and furfurals. As a result, when wood biomass is decomposed by contacting it with high-temperature and high-pressure water of more than 300 ° C and less than 350 ° C and 13-30MPa for 5 minutes or more, monosaccharides and furfural are produced from woody biomass at a higher rate than in the case of the prior art. I found out that
本発明は、かかる知見に基づき完成されたものであり、それは単糖およびフルフラールの製造方法に係わるものである。このようにして完成された本発明に係る単糖およびフルフラールの製造方法は、木質バイオマスを300 ℃超350 ℃以下、13〜30MPa の高温高圧水に5分以上接触させて分解処理する〔第1発明〕。本発明に係る単糖およびフルフラールの製造方法によれば、木質バイオマスから単糖およびフルフラールを従来技術(特開平10-327900 号公報や特開2002-85100号公報に開示された技術)の場合よりも高い生成率で生成させることができる。 The present invention has been completed based on such knowledge, and it relates to a method for producing monosaccharides and furfural. Monosaccharides and manufacturing method of furfural according to the present invention thus has been completed, a woody biomass 300 ° C. Ultra 350 ° C. or less, you decomposed by contacting more than 5 minutes in high-temperature and high-pressure water 13~30MPa [the 1 invention]. According to the method for producing monosaccharides and furfural according to the present invention, monosaccharides and furfural from woody biomass are obtained from the conventional techniques (the techniques disclosed in JP-A-10-327900 and JP-A-2002-85100). Can be produced at a high production rate.
ここで、高温高圧水の温度を上記温度(300 ℃超350 ℃以下)に代えて300 ℃以下とした場合、木質バイオマス中のセルロース類(セルロース、ヘミセルロース)の分解率が低く、セルロースの大部分がオリゴ糖となって回収され、単糖およびフルフラールの生成量が少なくなる。オリゴ糖はそのままでは使用し難いので、それを利用するには単糖化のための酵素処理等が必要となる。高温高圧水の温度を上記温度(300 ℃超350 ℃以下)に代えて350 ℃超とした場合、セルロース類の分解が進みすぎ、蟻酸、酢酸、酪酸等の酸やメタン、二酸化炭素などのガス成分への分解量が多くなり、単糖およびフルフラールの生成量が少なくなる。これに対し、高温高圧水の温度を上記温度(300 ℃超350 ℃以下)とした場合は、セルロース類の分解が適度に進み、オリゴ糖の生成量および酸やガス成分への分解量が少なくなり、単糖およびフルフラールの生成量が多くなる。この単糖およびフルフラールの生成量は、例えば、セルロースとへミセルロースの合計量の30%以上となる。即ち、セルロースとへミセルロースの合計量の30%以上がフルフラールおよび単糖となって回収される。 Here, when the temperature of the high-temperature and high-pressure water is set to 300 ° C. or lower instead of the above temperature (over 300 ° C. to 350 ° C. or lower), the decomposition rate of cellulose (cellulose, hemicellulose) in the woody biomass is low, and most of the cellulose Is recovered as an oligosaccharide, and the amount of monosaccharide and furfural produced is reduced. Since oligosaccharides are difficult to use as they are, enzyme treatment for saccharification is required to use them. If the temperature of the high-temperature and high-pressure water is changed to above 350 ° C instead of the above temperature (over 300 ° C and below 350 ° C), the decomposition of the cellulose will progress too much, and gases such as formic acid, acetic acid, butyric acid, methane, carbon dioxide, etc. The amount of decomposition into components increases, and the amount of monosaccharides and furfural produced decreases. On the other hand, when the temperature of the high-temperature and high-pressure water is set to the above temperature (over 300 ° C to 350 ° C or less), the decomposition of cellulose progresses moderately, and the amount of oligosaccharide produced and the amount of decomposition into acid and gas components are small. Therefore, the production amount of monosaccharide and furfural increases. The amount of monosaccharide and furfural produced is, for example, 30% or more of the total amount of cellulose and hemicellulose. That is, 30% or more of the total amount of cellulose and hemicellulose is recovered as furfural and monosaccharide.
かかる点から、本発明において高温高圧水の温度については300 ℃超350 ℃以下としている。本発明は、このような温度(300 ℃超350 ℃以下)を有する高圧(13〜30MPa )の高温高圧水に木質バイオマスを5分以上接触させて分解処理することにより、木質バイオマスから単糖およびフルフラールを従来技術の場合よりも高い生成率で生成させることができるようにしたものである。なお、この単糖およびフルフラールの生成率をより高い水準のものとするには、高温高圧水の温度を310 〜340 ℃とすることが望ましく、更に315 〜330 ℃とすることがより望ましい。単糖の生成率を低下させてでも、フルフラールの生成率をより高い水準のものとしたい場合には、高温高圧水の温度を330 〜350 ℃とすることが望ましく、更に340 〜350 ℃とすることがより望ましい。フルフラールの生成率を低下させてでも、単糖の生成率をより高い水準のものとしたい場合には、高温高圧水の温度を300 ℃超330 ℃以下とすることが望ましく、更に300 ℃超315 ℃以下とすることがより望ましい。 From this point, in the present invention, the temperature of the high-temperature high-pressure water is set to more than 300 ° C. and not more than 350 ° C. In the present invention, a woody biomass is brought into contact with a high-pressure (13-30 MPa) high-temperature and high-pressure water having such a temperature (over 300 ° C and below 350 ° C) for 5 minutes or longer to decompose the woody biomass from monosaccharides and Furfural can be produced at a higher production rate than in the prior art. In order to make the production rate of monosaccharide and furfural at a higher level, the temperature of the high-temperature high-pressure water is preferably 310 to 340 ° C, and more preferably 315 to 330 ° C. In order to achieve a higher level of furfural even if the production rate of monosaccharides is reduced, the temperature of the high-temperature high-pressure water is preferably 330 to 350 ° C, and more preferably 340 to 350 ° C. It is more desirable. Even if the production rate of furfural is reduced, if the production rate of monosaccharides is desired to be higher, it is desirable to set the temperature of the high-temperature high-pressure water to more than 300 ° C and not more than 330 ° C, and more than 300 ° C to 315 ° C. It is more desirable that the temperature be not higher than ° C.
本発明に係る単糖およびフルフラールの製造方法において、分解処理により生成された単糖およびフルフラールは、この分解処理に用いられた高温高圧水(分解処理後の高温高圧水)中に存在する。この高温高圧水からフルフラールを分離する方法としては、この高温高圧水中のフルフラールを吸着材に吸着させて分離する方法を挙げることができる〔第1発明〕。この方法は、より具体的には、分解処理後の高温高圧水を冷却し減圧し、例えば常温(室温)、常圧(大気圧)に冷却し減圧した後、吸着材に接触させて、この水中のフルフラールを吸着材に吸着させるという方法である。この吸着材をエタノールなどの有機溶媒で洗浄すると、フルフラールが吸着材から簡単に脱着され、フルフラールを含有する有機溶媒が得られる。 In the method for producing monosaccharide and furfural according to the present invention, the monosaccharide and furfural produced by the decomposition treatment are present in the high-temperature and high-pressure water (high-temperature and high-pressure water after the decomposition treatment) used for the decomposition treatment. As a method for separating furfural from this high-temperature and high-pressure water, a method for separating the furfural in this high-temperature and high-pressure water by adsorbing it on an adsorbent can be mentioned [ first invention]. More specifically, in this method, the high-temperature and high-pressure water after the decomposition treatment is cooled and depressurized, for example, cooled to normal temperature (room temperature) and normal pressure (atmospheric pressure), depressurized, and then brought into contact with the adsorbent. This is a method of adsorbing furfural in water on an adsorbent. When this adsorbent is washed with an organic solvent such as ethanol, furfural is easily desorbed from the adsorbent, and an organic solvent containing furfural is obtained.
このとき、吸着材としては、本発明に係る単糖およびフルフラールの製造方法での分解処理により生成する残渣を炭化処理したものを用いた方がフルフラールの吸着性能に優れて効果的である〔第1発明〕。更に、前記分解処理により生成する残渣を炭化処理した後、賦活処理したものを用いた方が、より一層フルフラールの吸着性能に優れて効果的である〔第2発明〕。 At this time, as the adsorbent, it is more effective and effective in adsorbing furfural if the carbonized residue produced by the decomposition process in the monosaccharide and furfural production method according to the present invention is used. 1 invention]. Furthermore, it is more effective and excellent in the furfural adsorption performance to use the activated carbon after the carbonization of the residue produced by the decomposition treatment [ second invention].
上記炭化処理は900 ℃以上の温度で実施することが望ましい。上記賦活処理は、炭化処理後のものを高温水蒸気により賦活化すればよく、800 ℃以上の温度で実施することが望ましい。 The carbonization is preferably performed at a temperature of 900 ° C. or higher. What is necessary is just to activate the said activation process after the carbonization process by the high temperature steam, and it is desirable to implement at the temperature of 800 degreeC or more.
なお、本発明に係る単糖およびフルフラールの製造方法において、分解処理により生成する残渣の量は、用いた木質バイオマスに対して例えば20質量%(重量%)程度である。この残渣を炭化したものは、灰分が1質量%以下と少なく、熱量も中程度の石炭並であるため、有効な熱回収が可能である。 In the method for producing monosaccharides and furfural according to the present invention, the amount of the residue generated by the decomposition treatment is, for example, about 20% by mass (% by weight) with respect to the used woody biomass. Since carbonized residue is as low as 1% by mass or less in ash and has the same calorific value as coal, effective heat recovery is possible.
前記分解処理後の高温高圧水からフルフラールを分離した後、この水から単糖等を除去することにより、この水を分解処理のための高温高圧水の水源として再利用することができる。このように水を再利用すると、排水のための水処理の必要がなくなり、環境負荷も低くなり、経済性も向上する。 After separating furfural from the high-temperature and high-pressure water after the decomposition treatment, by removing monosaccharides and the like from the water, this water can be reused as a water source for the high-temperature and high-pressure water for the decomposition treatment. Reusing water in this way eliminates the need for water treatment for drainage, reduces the environmental burden, and improves economic efficiency.
本発明において、木質バイオマスとは、木質系または木質のバイオマス(biomass )のことである。木質バイオマスとしては、例えば、林地残材、製材工場等の残廃材、建築廃材、建築解体材、木屑、木材の鋸屑等がある。 In the present invention, woody biomass is woody or woody biomass. Examples of the woody biomass include forest land residual materials, residual materials from lumber mills, construction waste materials, building demolition materials, wood chips, wood sawdust, and the like.
本発明の実施例および比較例を以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。 Examples of the present invention and comparative examples will be described below. The present invention is not limited to this embodiment, and can be implemented with appropriate modifications within a range that can be adapted to the gist of the present invention, all of which are within the technical scope of the present invention. include.
〔参考例1〕
スギ木粉30gを図1に示した半流通式の反応器(反応管)内に充填した後、この反応器内に温度305 ℃、圧力25MPa の高温高圧水を30g/minの流量で60分間流通した。この流通後の高温高圧水(分解処理後の高温高圧水)は、冷却された後、固液分離フィルタおよび保圧弁を介して反応液受器に入れられる。
[ Reference Example 1]
After filling 30 g of cedar wood flour into the semi-flow reactor (reaction tube) shown in Fig. 1, high temperature and high pressure water at a temperature of 305 ° C and a pressure of 25 MPa at a flow rate of 30 g / min for 60 minutes. Circulated. After the circulation, the high-temperature and high-pressure water (the high-temperature and high-pressure water after the decomposition treatment) is cooled and then put into a reaction liquid receiver through a solid-liquid separation filter and a pressure holding valve.
この反応液受器に入れられた水(分解処理後の水)について、この水中の単糖(グルコース、その他の単糖)、フルフラールの各量を定量分析により求めた。この定量分析は、液体クロマトグラフィー(島津製作所製LC-10A)によりカラム温度65℃で行った。 With respect to the water (water after decomposition treatment) put in the reaction liquid receiver, the amounts of monosaccharides (glucose and other monosaccharides) and furfural in the water were determined by quantitative analysis. This quantitative analysis was performed at a column temperature of 65 ° C. by liquid chromatography (LC-10A manufactured by Shimadzu Corporation).
そして、このグルコース、その他の単糖、フルフラールの各量の、上記スギ木粉30g中のセルロースとへミセルロースの合計量に対する割合〔質量%(重量%))〕を求め、これを生成率〔重量%(wt%)〕とした。なお、上記グルコース、その他の単糖、フルフラールの各量をAg、Bg、Cgとし、上記スギ木粉30g中のセルロースとへミセルロースの合計量をTgとすると、グルコースの生成率(wt%)=100 A/T、その他(グルコース以外)の単糖の生成率(wt%)=100 B/T、フルフラールの生成率(wt%)=100 C/Tである。 Then, the ratio of each amount of glucose, other monosaccharides, and furfural to the total amount of cellulose and hemicellulose in 30 g of the cedar wood flour [mass% (wt%)]] was determined, and this was determined as the production rate [ Wt% (wt%)]. The production rate of glucose (wt%) where the amounts of glucose, other monosaccharides, and furfural are Ag, Bg, and Cg, and the total amount of cellulose and hemicellulose in 30 g of the cedar wood flour is Tg. = 100 A / T, production rate of other monosaccharides (other than glucose) (wt%) = 100 B / T, production rate of furfural (wt%) = 100 C / T.
この結果を表1に示す。なお、上記スギ木粉から生成されたフルフラールは、5−ヒドロキシメチルフルフラール(以下、5-HMF ともいう)である。表1では5-HMF と表示している。この表1からわかるように、単糖の生成率(グルコースの生成率+その他の単糖の生成率)(a)、フルフラール(5-HMF )の生成率(b)は、いずれも、後述の比較例1や2の場合よりも高く、また、これらの合計生成率(a+b)は、後述の比較例1や2の場合よりも高い。なお、反応管内に残留した黒色の残渣の量は、上記スギ木粉30gに対する割合で20質量%(重量%)であった。 The results are shown in Table 1. The furfural produced from the cedar wood flour is 5-hydroxymethylfurfural (hereinafter also referred to as 5-HMF). Table 1 shows 5-HMF. As can be seen from Table 1, the monosaccharide production rate (glucose production rate + other monosaccharide production rate) (a) and furfural (5-HMF) production rate (b) are both described later. The total generation rate (a + b) is higher than that of Comparative Examples 1 and 2, and is higher than that of Comparative Examples 1 and 2 described later. The amount of the black residue remaining in the reaction tube was 20% by mass (% by weight) based on 30 g of the cedar wood flour.
〔参考例2〕
スギ木粉30gを図1に示した半流通式の反応器(反応管)内に充填した後、この反応器内に温度325 ℃、圧力25MPa の高温高圧水を30g/minの流量で60分間流通した。この後、実施例1の場合と同様の方法により、分解処理後の水中のグルコース、その他の単糖、フルフラールの各量の測定、この各量の上記スギ木粉30g中のセルロースとへミセルロースの合計量に対する割合(重量%)即ち生成率(wt%)を求めた。
[ Reference Example 2]
After filling 30 g of cedar wood flour into the semi-flow reactor (reaction tube) shown in Fig. 1, high-temperature high-pressure water at a temperature of 325 ° C and a pressure of 25 MPa is put into this reactor at a flow rate of 30 g / min for 60 minutes. Circulated. Thereafter, in the same manner as in Example 1, the amounts of glucose, other monosaccharides, and furfural in the water after the decomposition treatment were measured, and cellulose and hemicellulose in 30 g of the cedar wood flour in each amount. The ratio (wt%) to the total amount, that is, the production rate (wt%) was determined.
この結果を表1に示す。なお、上記スギ木粉から生成されたフルフラールは、5-HMF である。この表1からわかるように、単糖の生成率(グルコースの生成率+その他の単糖の生成率)(a)、フルフラール(5-HMF )の生成率(b)は、いずれも、後述の比較例1や2の場合よりも高く、また、これらの合計生成率(a+b)は、後述の比較例1や2の場合よりも高い。なお、反応管内に残留した黒色の残渣の量は、上記スギ木粉30gに対する割合で22質量%であった。 The results are shown in Table 1. The furfural produced from the cedar wood flour is 5-HMF. As can be seen from Table 1, the monosaccharide production rate (glucose production rate + other monosaccharide production rate) (a) and furfural (5-HMF) production rate (b) are both described later. The total generation rate (a + b) is higher than that of Comparative Examples 1 and 2, and is higher than that of Comparative Examples 1 and 2 described later. The amount of black residue remaining in the reaction tube was 22% by mass with respect to 30 g of the cedar wood flour.
〔比較例1〕
スギ木粉30gを図1に示した半流通式の反応器(反応管)内に充填した後、この反応器内に温度370 ℃、圧力25MPa の高温高圧水を30g/minの流量で60分間流通した。この後、実施例1の場合と同様の方法により、分解処理後の水中のグルコース、その他の単糖、フルフラールの各量の測定、この各量の上記スギ木粉30g中のセルロースとへミセルロースの合計量に対する割合(wt%)即ち生成率(wt%)を求めた。
[Comparative Example 1]
After filling 30g of cedar wood flour into the semi-flow reactor (reaction tube) shown in Fig. 1, high temperature and high pressure water at a temperature of 370 ° C and a pressure of 25MPa at a flow rate of 30g / min for 60 minutes. Circulated. Thereafter, in the same manner as in Example 1, the amounts of glucose, other monosaccharides, and furfural in the water after the decomposition treatment were measured, and cellulose and hemicellulose in 30 g of the cedar wood flour in each amount. The ratio (wt%) to the total amount, that is, the production rate (wt%) was determined.
この結果を表1に示す。なお、上記スギ木粉から生成されたフルフラールは、5-HMF である。この表1からわかるように、単糖の生成率(グルコースの生成率+その他の単糖の生成率)(a)、フルフラール(5-HMF )の生成率(b)は、いずれも、前述の実施例1や2の場合よりも低く、また、これらの合計生成率(a+b)は、前述の実施例1や2の場合よりも低い。なお、反応管内に残留した黒色の残渣の量は、上記スギ木粉30gに対する割合で25質量%であった。 The results are shown in Table 1. The furfural produced from the cedar wood flour is 5-HMF. As can be seen from Table 1, the monosaccharide production rate (glucose production rate + other monosaccharide production rate) (a) and the furfural (5-HMF) production rate (b) are both described above. The total generation rate (a + b) is lower than that in the first and second embodiments, and is lower than that in the first and second embodiments. The amount of black residue remaining in the reaction tube was 25% by mass with respect to 30 g of the cedar wood flour.
〔比較例2〕
スギ木粉30gを図1に示した半流通式の反応器(反応管)内に充填した後、この反応器内に温度270 ℃、圧力25MPa の高温高圧水を30g/minの流量で60分間流通した。この後、実施例1の場合と同様の方法により、分解処理後の水中のグルコース、その他の単糖、フルフラールの各量の測定、この各量の上記スギ木粉30g中のセルロースとへミセルロースの合計量に対する割合(wt%)即ち生成率(wt%)を求めた。
[Comparative Example 2]
After filling 30 g of cedar wood flour into the semi-flow reactor (reaction tube) shown in Fig. 1, high-temperature and high-pressure water at a temperature of 270 ° C and a pressure of 25 MPa is put into this reactor for 60 minutes at a flow rate of 30 g / min. Circulated. Thereafter, in the same manner as in Example 1, the amounts of glucose, other monosaccharides, and furfural in the water after the decomposition treatment were measured, and cellulose and hemicellulose in 30 g of the cedar wood flour in each amount. The ratio (wt%) to the total amount, that is, the production rate (wt%) was determined.
この結果を表1に示す。なお、上記スギ木粉から生成されたフルフラールは、5-HMF である。この表1からわかるように、単糖の生成率(グルコースの生成率+その他の単糖の生成率)(a)、フルフラール(5-HMF )の生成率(b)は、いずれも、前述の実施例1や2の場合よりも低く、また、これらの合計生成率(a+b)は、前述の実施例1や2の場合よりも低い。なお、反応管内に残留した黒色の残渣の量は、上記スギ木粉30gに対する割合で18質量%であった。 The results are shown in Table 1. The furfural produced from the cedar wood flour is 5-HMF. As can be seen from Table 1, the monosaccharide production rate (glucose production rate + other monosaccharide production rate) (a) and the furfural (5-HMF) production rate (b) are both described above. The total generation rate (a + b) is lower than that in the first and second embodiments, and is lower than that in the first and second embodiments. The amount of black residue remaining in the reaction tube was 18% by mass with respect to 30 g of the cedar wood flour.
〔実施例3〕
参考例1において反応管内に残留した黒色の残渣を、窒素雰囲気下において950 ℃で1時間加熱して炭化し、更に水蒸気雰囲気下において950 ℃で20分間加熱して賦活して、活性炭を調製した。
Example 3
The black residue remaining in the reaction tube in Reference Example 1 was carbonized by heating at 950 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and further activated by heating at 950 ° C. for 20 minutes in a steam atmosphere to prepare activated carbon. .
この活性炭を吸着管内に充填した後、この吸着管内に試薬のグルコース濃度:2000mg/リットル(以下、l)、5-HMF (5−ヒドロキシメチルフルフラール)濃度: 100mg/lの水溶液を10ml/min の流量で流通して吸着分離を行い、このときの積算流量と流通した水溶液中のグルコース濃度、5-HMF 濃度との関係を求めた。なお、この水溶液中のグルコース濃度は、屈折率法(東ソー製RI-8011 )により定量分析して求めた。この水溶液中の5-HMF 濃度は、吸光光度法(島津SPD-6AV 、HITACHI U-2001 )により定量分析して求めた。 After the activated carbon is filled in the adsorption tube, an aqueous solution with a glucose concentration of the reagent: 2000 mg / liter (hereinafter, l) and a 5-HMF (5-hydroxymethylfurfural) concentration: 100 mg / l is added to the adsorption tube at 10 ml / min. Adsorption separation was conducted by circulating at a flow rate, and the relationship between the accumulated flow rate at this time and the glucose concentration and 5-HMF concentration in the circulating aqueous solution was determined. The glucose concentration in this aqueous solution was obtained by quantitative analysis by the refractive index method (RI-8011 manufactured by Tosoh Corporation). The concentration of 5-HMF in this aqueous solution was determined by quantitative analysis by an absorptiometric method (Shimadzu SPD-6AV, HITACHI U-2001).
この結果を図2に示す。この図2からわかるように、上記活性炭に5-HMF が吸着されて水溶液から分離されており、上記活性炭は5-HMF の吸着分離性能に優れていることが確認された。 The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 2, 5-HMF was adsorbed on the activated carbon and separated from the aqueous solution, and it was confirmed that the activated carbon was excellent in the adsorption separation performance of 5-HMF.
上記水溶液の流通後の吸着管内にエタノールを流通した。これにより、上記活性炭に吸着された5-HMF を回収することができた。 Ethanol was circulated in the adsorption tube after the aqueous solution was circulated. As a result, 5-HMF adsorbed on the activated carbon could be recovered.
本発明に係る単糖およびフルフラールの製造方法は、木質バイオマスから単糖およびフルフラールを高い生成率で生成させることができるので、木質バイオマスから単糖およびフルフラールを得ようとする場合に好適に用いることができ、単糖およびフルフラールの回収率の向上がはかれて有用である。 The method for producing monosaccharides and furfural according to the present invention can be preferably used when monosaccharides and furfural are to be obtained from woody biomass because monosaccharides and furfural can be produced from woody biomass at a high production rate. It is useful because it improves the recovery rate of monosaccharides and furfural.
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