【研究分野】植物栄養学・土壌学

【研究領域課題番号】26850039 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

プライミング効果 / 火山灰土壌 / 埋没腐植層 / 炭素貯留 / 同位体トレーサー法 / 土壌微生物 / 同位体トレーサー / 基質濃度依存性 / セルロース / グルコース / 炭素貯留能 / 易分解性有機物 / 埋没腐植

【研究成果の概要】

本研究課題は、土壌炭素動態モデルに難分解性有機物の分解プロセス（プライミング効果）を組み込むことを目指し、北海道標茶町の森林・農耕地の黒ぼく土を事例とし、プライミング効果の発現条件（易分解性有機物量、土壌微生物群、環境条件）を解明した。13C-トレーサーを用いた室内培養試験により、プライミング効果を発現させる易分解性有機物量の閾値を示した。基質の種類、土壌pH、無機態窒素量がプライミング効果の発現に寄与することが示唆された。また、従来報告されている真菌と共に細菌もプライミング効果の担い手となることが示唆された。以上の結果を基に、プライミング効果による土壌炭素貯留量の変動を予測する推定式を得た。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】無機工業材料

【研究領域課題番号】22350089 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

メソ多孔体 / シリカ / 固体触媒 / 有機合成 / バイオエタノール / 酸触媒作用 / メゾ多孔体 / エタノール / 銅イオン担持体 / シリカメゾ多孔体 / ナノ細孔 / ニッケルイオン / 酸触媒 / 固体NMR / 壁イオン交換 / リン酸イオン / バイオマスリファイナリー / セルロース / グルコース

【研究成果の概要】

我々は、シリカナノ多孔体がこれまでの固体触媒化学の概念では定義できない固体酸性を有し、極めて高効率な固体酸触媒として機能することを見出している。本研究では、この特異な固体酸触媒能の発現が細孔径と密接に相関していること、その触媒能と銅イオンを組み合わせると、これまで貴金属でのみ達成可能であった有機合成反応系を効率的に実施可能なこと、一方、ニッケルイオンと組み合わせると、エチレン→プロピレン反応ばかりでなく、エタノール→プロピレン反応が効率よく進行することを認めた。それぞれの反応について、その反応機構の解明、添加物効果等を実施した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010-04-01 - 2013-03-31

【配分額】19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)

【研究分野】触媒・資源化学プロセス

【研究領域課題番号】18206081 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

固体酸触媒 / カーボン系固体酸 / セルロース / 加水分解 / ナノグラフェン / アーティフィシャルニューラルネットワーク / 応答曲面法 / βグルカン / オリゴ糖 / グルコース / 硫酸 / スルホ基 / バイオディーゼル合成 / メソポーラスシリカ / αメチルスチレンダイマー

【研究成果の概要】

本研究は高密度のスルホ基を結合したナノサイズのグラフェンで構成されるアモルファスカーボンであるカーボン系固体酸の形態、官能基を制御することによって高性能・多機能な新規触媒を創生する。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】47,190千円 (直接経費: 36,300千円、間接経費: 10,890千円)

【研究分野】環境農学

【研究領域課題番号】15380220 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

加溶媒分解 / スギ / セルロース / グルコース / レブリン酸 / レブリン酸ビニル / ケナフ / ビニルアルコール・レブリン酸ビニル共重合体

【研究成果の概要】

本研究の目的は、木本類や草本類をアルコール類や環状炭酸類で酸触媒下に加溶媒分解(以下、液化)して主に得られるレブリン酸エステル(以下LVEと省略)やその前駆物質であるアルコール配糖体(以下GLCと省略)などに着目し、これらの最大生成条件を見出しその取得法を検討して、これらを原料とした新規な高分子材料を創製しようとするものである。
1.液化生成物中のレブリン酸、配糖体の分離定量法の検討
アルコール系反応溶媒を用いる加溶媒分解において生成するレブリン酸エステル、アルコール系配糖体を定量する目的で分画および精製法を検討した。ジオキサンで可溶部を分画し、さらに水、クロロホルムで分離して、グルコシド画分、レブリン酸エステル面分を得た。水層をトリフルオロ酢酸で加水分解して定量的にグルコース(GL)を得る方法を確立した。また、クロロホルム画分からクロロホルムを除去したものを加水分解して定量的にレブリン酸(LA)を得る方法も確立した。
2.アルコール系各種液化生成物の組成分析
ポリエチレングリコール(PEG)、炭酸エチレン(EC)を用いたセルロースの液化生成物と、エチレングリコール(EG)/ECおよびPEG/グレイセリン(GL)混合溶媒を用いたスギ木粉の液化生成物中のGL収量、LA収量の反応時間依存性を検討した。いずれも反応初期に配糖体を生成し、ついで配糖体が減少しレブリン酸エステルが生成した。GLおよびLAの生成量はセルロースを液化物とした場合、それぞれ15モル%程度であるが、スギ木粉を混合溶媒で液化するとそれぞれ20%程度にまで上昇することが判明した。また、本加溶媒技術を用いてケナフ中芯の樹脂化を行い、その特性を検討した。
3.レブリン酸ビニル合成法の検討
レブリン酸利用の一環としてポリビニルアルコールのレブリン酸エステルの合成法についてカルボジイミド法による検討を行い、得られたエステルはランダムポリマーであることを証明した。また、それらのガラス転移温度はGordon-Taylor則に従うことを見出した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2003 - 2004

【配分額】15,700千円 (直接経費: 15,700千円)

【研究分野】林産学

【研究領域課題番号】09460074 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

フェノール液化 / エチレングリコール液化 / 木材 / セルロース / 液化 / エチレングリコール / フェノール / レゾルシノール / 硬化反応 / 常温硬化 / 接着剤 / 高圧法 / 5-ヒドロキシメチルフルフラール / グルコース

【研究成果の概要】

液化物を効率的に利用するには、製品設計上液化生成物の化学組成などに立ち入る必要があると考えられる。しかし、原料である木質材料の複雑さにともなうその生成物の複雑さ故か、生成物の同定は殆どされていない。そこで、木材主成分であるセルロースのフエノール液化およびエチレンググリコール液化での経時変化を追い、溶媒抽出、分子量分画などにより反応中間体および最終反応生成物の同定を試み数種の化合物を確認した。また、これらの結果からセルロースの液化反応機構を推定した。
フェノール液化をアセトンおよび水で順次溶媒抽出して得たアセトン可溶一水可溶性分のNMRスペクトルはフェノールをアグリコンとするグルコース配糖体の可能性を示した。これをさらに液化し、カラムにより分画して得た成分は、Triphenyl methane、1,1,2-Triphenyl ethaneであることを確認した。
エチレングリコールを液化剤とした場合には、ジオキサン可溶-水可溶性分からエチレングリコールをアグリコンとするグルコース配等体が得られ、ジオキサン可溶-水可溶-クロロホルム可溶成分はエチレングリコールあるいはエチレングリコールポリマーのレブリン酸エステルであることが判明した。
以上のことを総合すると、セルロースの酸触媒液化ではセルロースが解重合してグルコースとなり、グルコースが液化剤と反応して配等体を形成し、この配等体がさらに分解してレプリン酸を形成するものと考えた。この時、フェノール液化ではレプリン酸の分解がさらに起きて上記の化合物が生成したのではないかと考えられる。また、エチレングリコール液化では、レプリン酸とエチレングリコールあるいはそれが高分子化したポリエチレングリコールとの間でエステルが生成したことが伺える。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1997 - 1999

【配分額】4,900千円 (直接経費: 4,900千円)