NO. 8 環境負荷低減・資源高効率利用技術の開発プロジェクト A practical project for reducing environmental impact and development technology of high efficiency utilization of resources プロジェクト履修学生：陳 啓宇 プロジェクト担当教員：王 青躍 Abstract 　現在は環境負荷が少なく、人に優しい木材資源を有効に利用し再生産する循環型社会の実現が求められている。 木材製造業の残材、樹皮、公共事業に伴う支障木の根株などの廃棄木材焼却等の処分では十分に対応できず、これらの廃棄木材の有効利活用が望まれている。 　これまでの木材液化研究では、主として化学的な面から基礎研究ならびに応用研究に取り組んできている。本研究で液化実験条件が生成物に影響を与える可能性があると考えた。反応時間が液化した生成物特性への影響を調査し、さらに、触媒などの様々実験条件が実験結果に与える影響についての調査を行った。 Waste softwood material, was selected and used in our wood liquefaction experiment. In the acidic catalyst comparison experimental, as the results, when using concentrated sulfuric acid as the strong acidic catalyst, According to these experimental results, the new liquefied simples demonstrated the relationships between some characteristics of liquefied products from waste woody materials through analyses of Japanese phenolic resin industry testing series such as viscosity, nonvolatility and so on. The results showed that whether the viscosity or novolatility the greatest changed of the liquefied materials had taken place in reaction time during the 9 hours. はじめに Ⅰ単一モデルの比較研究 Mw=2432 Mw=1851 Mw=2032 Fig 2: Relationship between nonvolatile resultant and reaction time in present of sulfuric acid catalyst (left), Phosphate acid catalyst (right) and rate of reactant and phenol is 1:4, the volume of acid catalyst is 8% wt of phenol which under 150 °C. Average molecular weight is the result of 9 hours 合成 石油資源 → 高分子材料 加工 森林資源 → 生活木材 　Fig 2は硫酸及びリン酸触媒としたそれぞれを使用した。反応時間は全て9時間にだった。結果的に、セルロースを反応物として得た有効な液化物質はリグニンを反応物として得た有効な液化物質より量ガ多くて反応効率高かった。それで木粉を反応物としたら、セルロースは生成物の割合が多い。反応時間3時間後生成物の増加量は少ない。ただし、生成物の組分が変わる可能性高いと考えている。一方、リグニンした場合は時間につれて、生成物の量は増加した。 環境問題 二酸化炭素の排出、石油系高分子材料の分解は困難 環境問題 木材が腐敗して悪臭や公衆衛生問題の発生 解決の方法 ★液化技術★ 研究目的 液化研究実験 Ⅱ混合下でモデル物質の比較研究 フェノール 廃棄木材 エコフェノール 樹脂 温度変化による生成物分析 実験条件が液化生成物に与える影響について調査する 1 基礎成分および成分を測定 　木材基礎成分測定本試験の試料の工業分析及び元素分析結果によって。これは有機性の炭素割合の高さを示している。 Ⅰ工業及び元素分析 Table 1: Wood composition analysis (wt. %) 工業分析JIS-M8812 元素分析JIS-M8813 Ash VM M FC C H N O 0.6 79.1 7.7 12.6 48.9 6.1 0.4 44.6 Fig 3: Relationship between nonvolatile resultant and reaction time in present of sulfuric acid catalyst and rate of reactant (cellulose: lignin = 5:3 left ) (cellulose: lignin = 6:2 right ) left and phenol is 1:4, the volume of acid catalyst is 8% wt of phenol which under 110, 140 　(average molecular weight) and 170 °C.　 VM: volatile matter, M: Moisture, FC: Fixed carbon 　一般的な木質バイオマス系廃棄物はホロセルロースは64.27だった。リグニンの定量分は30.38になった。抽出成分（有機溶媒可溶分）の結果は1%NaOH 26.18、ベンゼン可溶分3.25と示した。結果によって、この廃棄木材は針葉樹が判明できた。 Ⅱ木材成分測定 Table 2: Composition analysis of woody materials (wt. %) 触媒による液化生成物分析 Composition analysis Liquefied woody 木材成分Carbohydrate Holocellulose a 72 Cross and Bevan Cellulose b 61 Alpha Cellulose c 52 Klason Lignin 23 抽出成分Solubility 1%NaOH 26.2 EtOH/Benzene 3.3 aHolocellulose is the total carbohydrate content of waste woody materials. bCross and Bevan Cellulose is largely pure cellulose but contains some hemicelluloses. c Alpha Cellulose is nearly pure cellulose. Fig 4: Compare the results under the different (8wt% and 20%wt of phenol) amount of catalyst and rate of reactant (cellulose: lignin = 5:3 left), (cellulose: lignin = 6:2 right). Average molecular weight is the result of 3hours Ⅲモデル成分測定 　結果的に、温度を上昇に連れて、生成物の産量が増えた、反応時間1時間以内に、変化量は最大と見られた。生成物がセルロース及びリグニンの添加量の比率6:2の場合は5:3の場合より多かった。この結果と前の実験結果が合った。 Fig 4の結果によって、触媒の添加量8%wt及び20%wtになると、二つ成分でも触媒の添加量多いの場合は反応し易いし、生成物量も多くなった。 Table 3: Characters of cellulose and lignin Molecular Cellulose microcrystalline Lignin(Alkaline)a Formula (C6H10O5)n C10H12O3 C11H14O4 C9H10O2 Weight (162.06)n 180.2 g/mol -- Molecular Structure Cellulose microcrystalline Lignin 3 まとめ a This product is composed of three primary precursors coniferyl alcohol, mustard alcohol, p-coumaric alcohol dehydrogenase enzyme aggregates formed by a natural plant polymers. 　セルロースを反応物として得た有効な液化物質の場合より得た有効な液化物質より量ガ多くて反応効率高かった。 液化実験結果及び分析 2 評価方法 1 評価方法 2 1) Joanne Yip et al., 2009, Comparative study of liquefaction process and liquefied products from bamboo using different organic solvents, Bioresource Technology, 100, 6674-6678. 生成物量(wt %) =不揮発分-残留物分 GPCによる分子量分布の測定