JPWO2014002674A1 - リグニン溶解性イオン液体を使用したバイオマスからのリグニンの製造方法、及びリグニン、ヘミセルロース、及びセルロースの製造方法 - Google Patents
リグニン溶解性イオン液体を使用したバイオマスからのリグニンの製造方法、及びリグニン、ヘミセルロース、及びセルロースの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2014002674A1 JPWO2014002674A1 JP2014522492A JP2014522492A JPWO2014002674A1 JP WO2014002674 A1 JPWO2014002674 A1 JP WO2014002674A1 JP 2014522492 A JP2014522492 A JP 2014522492A JP 2014522492 A JP2014522492 A JP 2014522492A JP WO2014002674 A1 JPWO2014002674 A1 JP WO2014002674A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lignin
- group
- ionic liquid
- carbon atoms
- cellulose
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L5/00—Compositions of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08L1/00 or C08L3/00
- C08L5/14—Hemicellulose; Derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D295/00—Heterocyclic compounds containing polymethylene-imine rings with at least five ring members, 3-azabicyclo [3.2.2] nonane, piperazine, morpholine or thiomorpholine rings, having only hydrogen atoms directly attached to the ring carbon atoms
- C07D295/04—Heterocyclic compounds containing polymethylene-imine rings with at least five ring members, 3-azabicyclo [3.2.2] nonane, piperazine, morpholine or thiomorpholine rings, having only hydrogen atoms directly attached to the ring carbon atoms with substituted hydrocarbon radicals attached to ring nitrogen atoms
- C07D295/08—Heterocyclic compounds containing polymethylene-imine rings with at least five ring members, 3-azabicyclo [3.2.2] nonane, piperazine, morpholine or thiomorpholine rings, having only hydrogen atoms directly attached to the ring carbon atoms with substituted hydrocarbon radicals attached to ring nitrogen atoms substituted by singly bound oxygen or sulfur atoms
- C07D295/084—Heterocyclic compounds containing polymethylene-imine rings with at least five ring members, 3-azabicyclo [3.2.2] nonane, piperazine, morpholine or thiomorpholine rings, having only hydrogen atoms directly attached to the ring carbon atoms with substituted hydrocarbon radicals attached to ring nitrogen atoms substituted by singly bound oxygen or sulfur atoms with the ring nitrogen atoms and the oxygen or sulfur atoms attached to the same carbon chain, which is not interrupted by carbocyclic rings
- C07D295/088—Heterocyclic compounds containing polymethylene-imine rings with at least five ring members, 3-azabicyclo [3.2.2] nonane, piperazine, morpholine or thiomorpholine rings, having only hydrogen atoms directly attached to the ring carbon atoms with substituted hydrocarbon radicals attached to ring nitrogen atoms substituted by singly bound oxygen or sulfur atoms with the ring nitrogen atoms and the oxygen or sulfur atoms attached to the same carbon chain, which is not interrupted by carbocyclic rings to an acyclic saturated chain
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07G—COMPOUNDS OF UNKNOWN CONSTITUTION
- C07G1/00—Lignin; Lignin derivatives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
- C08B37/0003—General processes for their isolation or fractionation, e.g. purification or extraction from biomass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
- C08B37/0006—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid
- C08B37/0057—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid beta-D-Xylans, i.e. xylosaccharide, e.g. arabinoxylan, arabinofuronan, pentosans; (beta-1,3)(beta-1,4)-D-Xylans, e.g. rhodymenans; Hemicellulose; Derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08H6/00—Macromolecular compounds derived from lignin, e.g. tannins, humic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08H8/00—Macromolecular compounds derived from lignocellulosic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
- C08L97/005—Lignin
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
- C08L97/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C3/00—Pulping cellulose-containing materials
- D21C3/20—Pulping cellulose-containing materials with organic solvents or in solvent environment
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
Description
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、リグニンの溶解性が高いイオン液体の開発と、簡単な装置で低コスト、安全にバイオマスからリグニンを製造するリグニン製造方法を提供するものである。
///////////////////////////////
<<1.リグニン溶解性イオン液体>>
<<2.イオン液体の合成>>
<2−1.塩化工程>
<2−2.塩交換工程>
(イオン交換樹脂法)
(酸化銀・メタノール法)
<<3.リグニン製造方法>>
<3−1.工程(1)リグニン溶解工程>
(バイオマス)
<3−2.工程(2)固液分離工程>
(再抽出工程)
<3−3.工程(3)リグニン析出工程>
<3−4.セルロース・ヘミセルロース分離工程>
(工程(4)ヘミセルロース抽出工程)
(工程(5)セルロース・ヘミセルロース分離工程)
(工程(6)セルロース・ヘミセルロース回収工程)
///////////////////////////////
リグニン溶解性を持つイオン液体は、下記の化学式(1)で表される。
イオン液体の合成は大きく分けて次の2つの工程、<2−1.塩化工程>、<2−2.塩交換工程>で合成される。
塩化工程では、ピロリジン誘導体と末端にハロゲンを持つ化合物を混合し、ハロゲンをアニオンに持つピロリジニウム塩を合成する。具体的には例えば、ピロリジン誘導体と末端にハロゲンを持つ化合物を反応容器に入れ、40〜160℃で混合する。常圧で混合を行なってもよく、耐圧容器を用いて加圧条件下で行なってもよい。反応容器は、特に限定はしないが、ガラス製やテフロン(登録商標)製などが利用できる。前記混合方法は、特に限定はしないが、スターラーを用いてもよく、振とう機を用いてもよい。
塩交換工程では、アニオンのハロゲンを目的のアミノ酸に交換を行う。
上記の化学式(1)のイオン液体を合成する方法は下記の(イオン交換樹脂法)と(酸化銀・メタノール法)の2つあり、(イオン交換樹脂法)は使用するイオン交換樹脂が再利用できるためコストが低く、(酸化銀・メタノール法)は大量合成に向いている利点がそれぞれある。(イオン交換樹脂法)と(酸化銀・メタノール法)で得られる生成物は全く同じであり、それぞれの利点を加味して状況に合わせた合成法を選ぶことができる。
イオン交換樹脂法では、イオン交換樹脂に上記の<2−1.塩化工程>で得られたハロゲンをアニオンに持つピロリジニウム塩を通すことによりアニオンが水酸化物イオンに交換され、続いてアミノ酸と反応させることにより、水分子として脱離し、アニオンがアミノ酸であるピロリジニウム塩イオン液体が合成できる。具体的には例えば、ピロリジニウム塩水溶液をイオン交換樹脂に通し、アミノ酸水溶液と混合する。その後、水を留去する。前記イオン交換樹脂は、特に限定はしないが、陰イオン交換樹脂であり、アニオンをハロゲンから水酸化物イオンに交換できるものであればよい。反応容器は、特に限定はしないが、ガラス製、テフロン製やプラスチック製などが利用できる。前記混合方法は、特に限定はしないが、スターラーを用いてもよく、振とう機を用いてもよい。
具体的には例えば、ガラス製のカラムにイオン交換樹脂を充填し、そこにピロリジニウム塩を自然落下により通すことで塩交換することができる。
分離方法は、特に限定されないが、例えば、ろ過や遠心分離などの方法を用いることができる。ろ過の方法としては、自然ろ過、減圧ろ過または加圧ろ過が挙げられる。
洗浄分離工程により未反応基質を取り除き、洗浄溶媒を留去することでピロリジニウム塩イオン液体を得ることができる。
酸化銀・メタノール法では、上記の<2−1.塩化工程>で得られたハロゲンをアニオンに持つピロリジニウム塩をメタノール中で反応させることによりアニオンがメトキシドに交換され、続いてアミノ酸と反応させることにより、メタノールとして脱離し、アニオンがアミノ酸であるピロリジニウム塩イオン液体が合成できる。具体的には例えば、ピロリジニウム塩、酸化銀、メタノールを混合し、固形分を分離し、分離した反応液にアミノ酸を混合し、固形分を分離し、溶媒を留去する。反応容器は、特に限定はしないが、ガラス製やテフロン製などが利用できる。前記混合方法は、特に限定はしないが、スターラーを用いてもよく、振とう機を用いてもよい。
本発明の一実施形態のリグニンの製造方法は、(1)イオン液体とバイオマスを混合し、(2)前記工程(1)で得られた混合液からイオン液体相と残渣を分離し、(3)前記工程(2)で得られた前記イオン液体相にリグニン析出溶媒を加え、リグニンを析出させ、分離する工程を備える。
工程(1)では、イオン液体とバイオマスを混合しリグニンをイオン液体に溶解させる。具体的には例えば、イオン液体とバイオマスを反応容器に入れ、0〜120℃で混合する。常圧で混合を行なってもよく、耐圧容器を用いて減圧又は加圧条件下で行なってもよい。前記反応容器は、特に限定はしないが、ガラス製、テフロン製やプラスチック製などが利用できる。前記混合方法は、特に限定はしないが、スターラーを用いてもよく、振とう機を用いてもよい。工程(1)ではバイオマス中のリグニンがイオン液体に溶解し、セルロース、ヘミセルロースは溶解されずに残渣として溶け残っている。
バイオマスとしては、植物系のバイオマスであれば特に限定はしないが、例えば木質系又は草本系植物原料が挙げられる。この木質系原料として、例えば、間伐材、木材加工屑家屋廃材などがあり、草本系原料としては、例えば、バガス、籾殻、稲、麦などの藁類、ケナフ、エリアンサス、農産物廃棄物などがある。
工程(2)では、工程(1)で得られた混合液からイオン液体相と残渣を種々の固液分離法を用いて分離する。残渣は、固体またはゲル状の形状をしている。固液分離法は、特に限定されないが、例えば、ろ過や遠心分離などの方法を用いることができる。ろ過の方法としては、自然ろ過、減圧ろ過または加圧ろ過が挙げられる。
具体的には例えば、遠心分離により分離したイオン液体をピペットなどで取り除くことにより分離することができる。
固液分離工程の後、さらに、イオン液体を加え固液分離を行い残渣からイオン液体を分離する再抽出工程を複数回行なってもよい。再抽出工程は、残渣から完全にリグニンが溶解したイオン液体を取り除くために行う工程である。再抽出に用いるイオン液体は、特に限定されないが、好ましくはリグニン溶解工程で使用したものと同じイオン液体を使用して行うのがよい。再抽出方法としては、例えば、再度イオン液体を加え残渣と混合し、遠心分離により分離する方法を使用することができる。
再抽出工程の反応温度は、上記の<3−1.工程(1)リグニン溶解工程>と同じで、反応時間は、特に限定はしないが、例えば0.5〜3時間であり、好ましくは1〜2時間である。この時間は、具体的には例えば、0.5、1、1.5、2、2.5又は3時間であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
工程(3)では、工程(2)で得られたイオン液体相にリグニン析出溶媒を加え、リグニンを析出させ、分離する。リグニン析出溶媒は、特に限定されないが、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類、水、アセトンを用いることができ、イオン液体を溶解し、リグニンを溶解しない溶媒であればよい。
具体的には例えば、遠心分離により分離したイオン液体をピペットなどで取り除くことにより分離することができる。
セルロース・ヘミセルロース分離工程は、工程(2)で得られた残渣に塩基性水溶液を加え混合液を作製する工程(4)と、工程(4)で得られた混合液を液相と残渣に分離する工程(5)と、工程(5)で得られた液相からヘミセルロースを回収し、かつ工程(5)で得られた残渣からセルロースを回収する工程(6)から構成される。
工程(4)では、工程(2)で得られた残渣に塩基性水溶液を加え混合液を作成し、ヘミセルロースを塩基性水溶液に溶解させる。塩基性水溶液は、特に限定されないが、種々の濃度の水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化カルシウム(CaOH)などの水溶液を用いることができ、ヘミセルロースを溶解し、セルロースを溶解しない溶液であればよい。特に、0.1Mの水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。
工程(4)は、<3−1.工程(1)リグニン溶解工程>と同様の方法にて行うことができる。
工程(5)では、工程(4)で得られた混合液を種々の固液分離法を用いて液相と残渣に分離する。固液分離法は<3−2.工程(2)固液分離工程>と同様の方法にて行うことができる。
工程(6)では、工程(5)で得られた液相からヘミセルロースを回収し、かつ工程(5)で得られた残渣からセルロースを回収する。
<<1.リグニン溶解性イオン液体の合成>>
<1−1.塩化工程>
<1−2.塩交換工程>
(イオン交換樹脂法)
(酸化銀・メタノール法)
<1−3.各種のL−アミノ酸イオン液体の合成>
<<2.リグニン溶解実験>>
<2−1.カチオンの違いによる溶解性の変化>
<2−2.アニオンの違いによる溶解性の変化>
<<3.バイオマス溶解実験>>
<3−1.杉チップ溶解実験>
<3−2.標品との比較>
<3−3.リグニン・セルロース・ヘミセルロース分離実験>
<3−4.カチオンの違いによる溶解性の変化>
<<4.イオン液体のリサイクル>>
///////////////////////////////
以下の方法に従って、リグニン溶解性イオン液体を合成した。
以下の化学式(2)に示す塩化反応を行った。
二口ナスフラスコをアルゴン置換し、1−メチルピロリジン14.4mlを量りとり、2−ブロモエチルメチルエーテル13.6mlを滴下し、80℃で24時間、マグネチックスターラー(500rpm)で撹拌した。撹拌終了後、ヘキサン/酢酸エチル混合溶媒(7/1)を用いて洗浄し、未反応の基質、ヘキサン/酢酸エチル混合溶媒を留去し、減圧乾燥を行い1−(2−メトキシエチル)−1−メチルピロリジニウムブロマイドを収率98%で得た。
イオン交換法、酸化銀・メタノール法を用いて、それぞれ以下の化学式(3)、化学式(4)に示す、アニオンをブロマイドからアミノ酸への塩交換反応を行った。反応条件は、以下の通りである。
上記の<1−1.塩化工程>で得られた1−(2−メトキシエチル)−1−メチルピロリジニウムブロマイド1.5gの水溶液(水:10ml)をイオン交換樹脂(オルガノ株式会社製:Amberlite IRA400CL)に通した後、リジン水溶液(リジン:1.17g、水:50ml)に0℃で滴下し24時間、マグネチックスターラー(500rpm)で撹拌した。水を留去し、アセトニトリル/メタノール混合溶媒(9/1)で1回洗浄し、ろ過を行った。その後、アセトニトリル/メタノール混合溶媒を留去し、減圧乾燥して、N−メチル−N−(2−メトキシエチル)ピロリジニウムリジン([P1ME][Lys])を収率96%で得た。NMR、IRを測定した結果は以下の通りである。
1H NMR (500 MHz, ppm, CD3OD, J = Hz) 1.35-1.45(6H, m), 2.17(4H, s), 2.58(2H, t, J=6.9Hz), 3.25(1H, t, J=1.8), 3.30(2H, br), 3.35(2H, br), 3.38(3H, s), 3.53-3.56(8H, m), 3.77(2H, s); 13C NMR (125 MHz, ppm, CD3OD, J = Hz) 182.49, 67.63, 66.31, 64.40, 59.21, 57.61, 49.34, 42.46, 36.62, 33.94, 24.31, 22.43; IR (neat, cm-1) 3347, 3279, 2930, 2856, 2815, 2063, 1582, 1462, 1396, 1123, 1038
上記の<1−1.塩化工程>で得られた1−(2−メトキシエチル)−1−メチルピロリジニウムブロマイド30.8gとメタノール50mlを混合し、酸化銀(I)25.6gを1時間かけて投入し、室温で24時間、マグネチックスターラー(500rpm)で撹拌した。反応液を濾過し、濾残をメタノール50mlで洗い濾洗液を得た。この濾洗液に、(L)−α−リジン23.9gを室温で15分かけて投入し、室温で48時間、マグネチックスターラー(500rpm)で撹拌した。浮遊していた固体を濾別し、濾液を濃縮乾燥して濃縮物70.0gを得た。この濃縮物にトルエンを加え、減圧して濃縮乾燥することで、N−メチル−N−(2−メトキシエチル)ピロリジニウムリジン([P1ME][Lys])35.8gを収率91%で得た。
上記の(イオン交換樹脂法)と同様の合成法で、20種類のL−アミノ酸を用いてイオン液体を合成した結果を、表1に示す。
表1から、すべてのアミノ酸で良好な収率でイオン液体を合成できることが分かる。ここで、カチオンのN−メチル−N−(2−メトキシエチル)ピロリジニウムは[P1ME]と表記し、アニオンのアミノ酸は3文字表記で記載する。
イオン液体([P1ME][Lys])1gに対し、標品リグニン(ALDRICH製 lignin,alkali:471003−100G)0.05gをバイアル管に量りとり、5wt%混合液とし、室温で5時間、マグネチックスターラー(500rpm)で撹拌し、溶解しているかを目視で確認し溶解していたら、さらにリグニンを0.05gずつ加えていき溶解度を調べた。室温で溶解しないのを確認したら60℃、100℃に順次、昇温して溶解度を調べた。60℃、100℃では1時間撹拌させた。
100℃でも溶解しないのを確認したら、エタノールで希釈し、リグニンを析出させ、3500rpmで5分間遠心分離を行い、イオン液体とリグニンを分離した。
図1の結果から明らかなように、溶解前と溶解後では、リグニンの構造が変化していないことが分かった。
上記の<<1.リグニン溶解性イオン液体の合成>>と同様の合成方法により、基質を変えて、以下の化学式(5)に示す5種のイオン液体を合成した。N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムアラニン([N221ME][Ala])は基質にジエチルメチルアミンを使用して合成し、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−(メチルチオ)エチル)アンモニウムアラニン([N221MTE][Ala])は基質にジエチルメチルアミンと2-クロロエチルメチルスルフィドを使用して合成し、N,N−ジエチル−2−メトキシ−N−(2−メトキシエチル)エタンアンモニウムアラニン([N22(ME)2][Ala])は基質にジエチル(2−メトキシエチル)アミンを使用して合成し、N−エチル−2−メトキシ−N,N−ビス(2−メトキシエチル)エタンアンモニウムアラニン([N2(ME)3][Ala])は基質にエチルビス(2−メトキシエチル)アミンを使用して合成し、3−(2−メトキシエチル)−1−メチルイミダゾリウムアラニン([(2−ME)mim][Ala])は基質に1−メチルイミダゾールを使用して合成した。
表2の結果から、[P1ME][Ala]が最もリグニンを溶解することが分かった。
表3の結果から、[P1ME][Lys]、[Py1ME][Lys]は両方共、高いリグニン溶解性を示すことが分かった。
上記の<1−3.20種類のL−アミノ酸イオン液体の合成>で合成したイオン液体20種を使用してリグニンの溶解実験を行った結果を表4に示す。
表4の結果から、リジン、アルギニンに最も多くリグニンが溶解し、次いで、フェニルアラニン、チロシンによく溶解することが分かった。この結果から、リジン、アルギニン末端にアミノ基を持っており、このアミノ基がリグニンとセルロースの間で水素結合を形成し、リグニンをセルロースから引き剥がす効果が高いと思われる。また、フェニルアラニン、チロシンはともにベンゼン環を持っており、このベンゼン環とリグニンのベンゼン環とのスタッキング相互作用により、リグニンがイオン液体になじみやすく溶解性が高いものと思われる。
図2に示したように、上記の<<1.リグニン溶解性イオン液体の合成>>で合成した、N−メチル−N−(2−メトキシエチル)ピロリジニウムリジン([P1ME][Lys])を使用しバイオマスの溶解実験を行った。バイオマスとして杉チップを使用し、杉チップは杉の板をノコギリで切るときにでるオガクズを使用した。
イオン液体([P1ME][Lys])1gに杉のチップ0.1gをスピッツ管に計りとり混合液とし、60℃で12時間撹拌した。続いて、遠心分離をした後、イオン液体層を回収した。そしてさらに、スピッツ管にイオン液体を0.3g加え、60℃で1時間撹拌、遠心分離、イオン液体層を回収という操作を2回行った。回収したイオン液体層をエタノールで希釈し、リグニンを析出させた。続いて遠心分離にかけてリグニンを分離し、真空乾燥して質量を測定した。
上記の<3−1.杉チップ溶解実験>で得られた析出リグニンと溶け残りの残渣のXRDを測定した結果を図3に示す。
図3の結果から、析出リグニンは標品セルロース(Fluka製 Avicel PH−101:11365)のような鋭いピークがでず、標品リグニン(ALDRICH製 lignin,alkali:471003−100G)と同じようなピークが出ることが分かった。溶け残りの残渣は標品セルロース(Fluka製 Avicel PH−101:11365)と類似したパターンのピークが見られ、溶け残りの残渣はI型セルロースであると分かった。
図4の結果から、析出リグニンと標品リグニン(ALDRICH製 lignin,alkali:471003−100G)はIRのパターンが類似していることが分かる。
図5に示したように、上記の<3−1.杉チップ溶解実験>と同様の方法で分量を10倍にしてリグニンを0.131g分離した。遠心分離後に試験管に残った残渣Dを水で3回洗浄し、0.1Mの水溶液ナトリウム水溶液でヘミセルロースの抽出を行い、抽出液Fを得た。得られた抽出液Fを真空乾燥させ、水で洗浄し、再度真空乾燥を行うことによりヘミセルロースを0.093g得た。さらに残渣Dからヘミセルロースを抽出したあとに残った残渣Eを水で3回洗浄し、真空乾燥を行うことによりセルロースを0.665g得た。
また、図8の結果から、得られたセルロースとヘミセルロースはXRDとIRのパターンが大きく異なることが分かる。
カチオンを変えた3種のイオン液体について、上記の<3−1.杉チップ溶解実験>と同様の操作で、リグニンの溶解性を調べた結果を表5に示す。
使用したイオン液体は、上記の<1−1.塩化工程>および(イオン交換樹脂法)と同様の方法で基質を変えて合成された。N−メチル−N−(2−メトキシエチル)ピペリジニウムリジン([Py1ME][Lys])は基質にN−メチルピペリジンを使用して合成し、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムリジン([N221ME][Lys])は基質にジエチルメチルアミンを使用して合成した。
上記の<3−1.杉チップ溶解実験>でリグニンと分離したイオン液体からエタノールを留去し、真空乾燥を行いイオン液体の再生を行った。
この再生したイオン液体をもう一度、<3−1.杉チップ溶解実験>の溶媒として利用すると、リグニンが初めて利用した時と同じ量溶解することが分かった。
リグニンは、ポリマー、医薬品、香料の原料として利用でき、リグニンがほぼすべて取り除けているので、溶け残りのセルロースはパルプとして利用が可能である。
Claims (10)
- (1)下記化学式(1)
(2)前記工程(1)で得られた混合液をイオン液体相と残渣に分離し、
(3)前記工程(2)で得られた前記イオン液体相に溶媒を加え、リグニンを析出させ、分離して回収する工程を備える、リグニンの製造方法。 - 前記Xは、L−アミノ酸由来のアニオンである請求項1に記載のリグニンの製造方法。
- 前記Xは、L−リジン又はL−アルギニン由来のアニオンである請求項1又は2に記載のリグニンの製造方法。
- 前記R1、R3は、炭素数1〜6のアルキル基とアルコキシアルキル基であり、前記R2は、水素原子であり、Yは、CH2であり、nは、1である請求項1〜3の何れか1つに記載のリグニンの製造方法。
- 前記R1、R3は、メチル基と2−メトキシエチル基であり、前記R2は、水素原子であり、Yは、CH2であり、nは、1である請求項1〜4の何れか1つに記載のリグニンの製造方法。
- 前記工程(2)において、残渣を分離する方法は、ろ過又は遠心分離である請求項1〜5の何れか1つに記載のリグニンの製造方法。
- 前記工程(2)の後であって、前記工程(3)の前に、前記工程(2)で得られた残渣に、さらに前記イオン液体を加え、前記工程(2)で得られた残渣から前記イオン液体を分離する工程を複数回備える請求項1〜6の何れか1つに記載のリグニンの製造方法。
- 前記工程(3)において、前記溶媒は、水、アルコール、アセトンである請求項1〜7の何れか1つに記載のリグニンの製造方法。
- 前記工程(3)において、前記アルコールは、メタノール、エタノール、プロパノールである請求項1〜8の何れか1つに記載のリグニンの製造方法。
- (4)前記工程(2)において得られた残渣を塩基性水溶液と混合して混合液を作製し、
(5)前記工程(4)で得られた混合液を液相と残渣に分離し、
(6)前記工程(5)で得られた液相からヘミセルロースを回収し、かつ前記工程(5)で得られた残渣からセルロースを回収する工程をさらに備える、リグニン、ヘミセルロース、及びセルロースの製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012143093 | 2012-06-26 | ||
JP2012143093 | 2012-06-26 | ||
PCT/JP2013/064885 WO2014002674A1 (ja) | 2012-06-26 | 2013-05-29 | リグニン溶解性イオン液体を使用したバイオマスからのリグニンの製造方法、及びリグニン、ヘミセルロース、及びセルロースの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2014002674A1 true JPWO2014002674A1 (ja) | 2016-05-30 |
JP6108559B2 JP6108559B2 (ja) | 2017-04-05 |
Family
ID=49782841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014522492A Expired - Fee Related JP6108559B2 (ja) | 2012-06-26 | 2013-05-29 | リグニン溶解性イオン液体を使用したバイオマスからのリグニンの製造方法、及びリグニン、ヘミセルロース、及びセルロースの製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6108559B2 (ja) |
WO (1) | WO2014002674A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3044577B1 (fr) * | 2015-12-07 | 2017-12-22 | Timothee Boitouzet | Procede de delignification partielle et de remplissage d'un materiau ligno-cellulosique, et structure de materiau composite obtenue par ce procede |
JP6535923B2 (ja) * | 2016-05-04 | 2019-07-03 | アイセップ株式会社 | 植物組織の分解を促進する植物組織処理方法、その主剤、その植物組織処理方法で抽出した原料組成物、および植物組織の嵩低減方法 |
CN106674120B (zh) * | 2016-11-30 | 2019-11-29 | 辽宁大学 | 一种醚基功能化离子液体的制备及在去除道路交通标识中的应用 |
FR3067275B1 (fr) | 2017-06-07 | 2022-08-12 | Timothee Boitouzet | Procede de delignification partielle par voie supercritique ou subcritique et de remplissage d'un materiau ligno-cellulosique |
CN108047137A (zh) * | 2018-01-02 | 2018-05-18 | 辽宁大学 | 一种含有醚基功能基团氨基酸咪唑盐离子液体及其制备方法 |
FR3077895B1 (fr) | 2018-02-09 | 2020-02-28 | Sas Woodoo | Dispositif de detection tactile avec interface tactile en materiau composite |
JP2020015688A (ja) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | 国立大学法人千葉大学 | 硫黄を含むホスホニウム型カチオン及び硫黄を含むホスホニウム型イオン液体 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009189277A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Toyota Motor Corp | 木質系バイオマスの処理方法、及び有機酸又はアルコールの製造方法 |
JP2010084104A (ja) * | 2008-10-02 | 2010-04-15 | Kri Inc | イオン液体によるリグノセルロース系バイオマスのセルロースとリグニンの分離化方法 |
JP2010521155A (ja) * | 2007-03-14 | 2010-06-24 | ザ・ユニバーシティ・オブ・トレド | バイオマス前処理 |
JP2012012568A (ja) * | 2010-05-31 | 2012-01-19 | Idemitsu Kosan Co Ltd | バイオマスの処理方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5794609B2 (ja) * | 2011-01-06 | 2015-10-14 | 国立大学法人鳥取大学 | セルロース系バイオマスの処理方法 |
-
2013
- 2013-05-29 WO PCT/JP2013/064885 patent/WO2014002674A1/ja active Application Filing
- 2013-05-29 JP JP2014522492A patent/JP6108559B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010521155A (ja) * | 2007-03-14 | 2010-06-24 | ザ・ユニバーシティ・オブ・トレド | バイオマス前処理 |
JP2009189277A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Toyota Motor Corp | 木質系バイオマスの処理方法、及び有機酸又はアルコールの製造方法 |
JP2010084104A (ja) * | 2008-10-02 | 2010-04-15 | Kri Inc | イオン液体によるリグノセルロース系バイオマスのセルロースとリグニンの分離化方法 |
JP2012012568A (ja) * | 2010-05-31 | 2012-01-19 | Idemitsu Kosan Co Ltd | バイオマスの処理方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
KAZUTAKA OHIRA ET AL.: "Design of Cellulose Dissolving Ionic Liquids Inspired by Nature", CHEMSUSCHEM, vol. 5, JPN6013034772, 2012, pages 388 - 391, ISSN: 0003492922 * |
NAWSHAD MUHAMMAD ET AL.: "Dissolution and Delignification of Bamboo Biomass Using Amino Acid-Based Ionic Liquid", APPL. BIOCHEM. BIOTECHNOL., vol. 165, JPN6013034773, 2011, pages 998 - 1009, XP019973319, ISSN: 0003492923, DOI: 10.1007/s12010-011-9315-y * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014002674A1 (ja) | 2014-01-03 |
JP6108559B2 (ja) | 2017-04-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6108559B2 (ja) | リグニン溶解性イオン液体を使用したバイオマスからのリグニンの製造方法、及びリグニン、ヘミセルロース、及びセルロースの製造方法 | |
TWI610935B (zh) | 木質素分解物的製造方法 | |
Hamada et al. | A possible means of realizing a sacrifice-free three component separation of lignocellulose from wood biomass using an amino acid ionic liquid | |
US9394375B2 (en) | Compositions containing recyclable ionic liquids for use in biomass processing | |
CN102864672B (zh) | 提取木质素的方法 | |
EP2836638A1 (en) | Pretreatment of lignocellulosic biomass and recovery of substituents using natural deep eutectic solvents/compound mixtures with low transition temperatures | |
CN105908550A (zh) | 一种从桉木中分离提取木质素的方法 | |
CN108884187B (zh) | 离子聚合物及其在加工生物质中的用途 | |
JP7233774B2 (ja) | リグニンの精製方法 | |
WO2011149341A1 (en) | Process for the treatment of lignocellulosic biomass | |
CN102659594B (zh) | 一种利用秸秆类生物质制备乙酰丙酸乙酯的方法 | |
CN104761554A (zh) | 一种离子化合物溶液的制备方法及其应用 | |
EP3030599B1 (en) | Method for lignin recovery | |
US10287527B2 (en) | Eco-friendly process for the isolation of biopolymers from agricultural residues | |
CN101235100A (zh) | 一种清洁制备酰基壳聚糖的方法 | |
JP2008231213A (ja) | リグノフェノールの製造方法及びそれから得られる低分子量リグノフェノール | |
CN101619076A (zh) | 草甘膦原药的制备方法 | |
Cong et al. | Characterization and components separation of corn stover by alkali and hydrogen peroxide treatments | |
EP3030600B1 (en) | Novel lignin materials containing compositions | |
JP2005239979A (ja) | 燐酸とリグノセルロース加水分解生成物とを分離する方法及びグルコースの製造方法 | |
JP2014015439A (ja) | リグニン分解物の製造方法 | |
KR100513899B1 (ko) | 고분자 중합물 내 잔류 촉매 제거방법 | |
CN103755685B (zh) | 一种埃索美拉唑钠的纯化精制方法 | |
JPH0291035A (ja) | 天然ゴム漿液中のl−クエブラキトールの採取方法 | |
JP2005015687A (ja) | リグニンのフェノール誘導体の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160414 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161206 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170126 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170207 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170303 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6108559 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |