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マイクロ波を利用したセルロース加水分解用二官能性磁性固体酸の合成とナノセルロースの創製
Microwave-assisted synthesis of bifunctional magnetic solid acid for hydrolyzing cellulose to prepare nanocellulose.
PMID: 32413650 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.138751.
抄録
ナノセルロースの調製に関する従来の研究では、除去・回収が困難な高濃度の硫酸を使用していた。本研究では、セルロースを加水分解してナノセルロースを調製するために、磁性を有するバイオ炭ベースの固体酸を開発した。合成した磁性炭素系固体酸の特性を調べるために、2つの異なる方法を選択した。合成した触媒をSEM, TEM, XRD, NH3-TPD, FT-IRで特性を調べた。実験の結果、マイクロ波アシスト合成した2種類の固体酸は、磁石吸着により良好な磁気特性を示すことがわかった。また、SEM及びTEMによる分析では、両固体酸は豊富な細孔構造を有していることが明らかになった。鉱物元素分析では、両固体酸とも硫黄分を多く含むことがわかった。また、固体酸は、表面に活性基が豊富な非晶質炭素構造体であった。本研究では、セルロースの加水分解による触媒活性を評価し、ナノスケールのセルロース材料を調製するためのバイオ炭系固体酸の触媒活性を評価した。その結果、磁性バイオ炭ベースの固体酸(MBC-SA1)は、セルロースをナノメートルに加水分解するために最大57.68%を生成する高収率を達成できることがわかった。
The conventional studies on the preparation of nanocellulose used a high concentration of sulfuric acid that is difficult to remove and recover. A biochar-based solid acid with magnetic properties was developed to hydrolyze cellulose to prepare nanocellulose in this work. Two different methods were selected to investigate the properties of the synthesized magnetic carbon-based solid acids. The synthesized catalysts were characterized by SEM, TEM, XRD, NH3-TPD and FT-IR. The experimental results showed that two solid acids by the microwave-assisted synthesis had good magnetic properties by a magnet adsorption. Analysis by SEM and TEM showed that the two solid acids had rich pore structures. According to mineral element analysis, both solid acids contained high sulfur content. The solid acid was an amorphous carbon structural material with a surface rich in active groups. The catalytic activity of the biochar-based solid acids in cellulose hydrolysis to prepare nano-scale cellulosic material was evaluated. It was found that magnetic biochar-based solid acid (MBC-SA1) could achieve a high yield, which produced up to 57.68% for hydrolyzing cellulose into nanometers.
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