(57)【要約】 【課題】   植物体からリグニンを分離する方法としては、アルカリと混合してろ過し、酸で中和して沈殿物としてリグニンを得る方法がある。しかし、この方法では酸とアルカリとの中和塩が生じる問題があった。すなわち、中和塩を生じるような酸とアルカリの組み合わせに問題があった。また、フィルタに残ったリグニンを水で洗浄して中和塩を取り除く必要があるという問題があった。さらに、水洗浄により除去された中和塩が排水中に含まれて、環境を汚染する問題があった。この環境汚染を防ぐために、排水中の中和塩を除去する設備を設ける必要があるという問題があった。【課題解決手段】  アルカリ水とこれを中和できる量の酸性水を用意し、該アルカリ水を設定温度まで加熱してから、植物体と混合し、フィルターでろ過したろ過液と、あらかじめ加熱して設定温度に保持していた該酸性水とを混合した混合溶液を作り、該混合溶液を設定温度で一定時間保持した後に、フィルターでろ過することを特徴とするリグニンの分離法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ水とこれを中和できる量の酸性水を用意し、該アルカリ水を設定温度まで加熱してから、植物体と混合し、フィルターでろ過したろ過液と、あらかじめ加熱して設定温度に保持していた該酸性水とを混合した混合溶液を作り、該混合溶液を設定温度で一定時間保持した後に、フィルターでろ過することを特徴とするリグニンの分離法。
【請求項２】
アルカリ水とこれを中和できる量の酸性水が、純水を電気分解することにより得られたアルカリ水とこれを中和できる量の酸性水であることを特徴とする請求項１に記載のリグニンの分離法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
植物体からリグニンを分離する方法に関する。 
【背景技術】
【０００２】
従来、植物体からリグニンを分離する方法としては、有機溶媒を用いる方法がある。（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この方法ではプラント事故があったときに作業者に健康被害を生じる問題や有機溶媒の経皮毒性や引火性の問題がある。
【０００３】
このため、有機溶媒を用いない方法で、植物体からリグニンを分離する方法としては、アルカリと植物体を混合してろ過し、酸で中和して沈殿物としてリグニンを得る方法がある。（例えば、特許文献２、３参照。）。
【０００４】
しかし、この方法では酸とアルカリとの中和による中和塩が生じる問題がある。同時に、リグニンの純度を高めるために、フィルタに残ったリグニンを水で洗浄して中和塩を取り除く必要があるという問題がある。さらに、水洗浄により除去された中和塩が排水中に含まれて、環境を汚染する問題がある。この環境汚染を防ぐために、排水中の中和塩を除去する設備を設ける必要があるという問題がある。
【０００５】
リグニンは芳香族化合物であるため、紫外部の光を強く吸収する。一方炭水化物はほとんど光を吸収しないので、適切な測定条件を選んで、紫外線吸収スペクトル（UVスペクトル）を測定することにより、炭水化物が存在するままの状態で、リグニンの定性及び定量分析を行うことができる。リグニンの吸光係数を表示する場合、1ｇ/ｌの溶液の吸光度E、ｌｇ-1ｃｍ-1などがよくもちいられる。（非特許文献１参照。）。
【０００６】
単離リグニンの極大吸収波長λmax及び吸光係数Eは、グアイアシルリグニンが主である場合、λmaxは２８０ｎｍ付近にあり、E280nmは約16〜20ｌｇ-1ｃｍ-1である。（非特許文献２参照。）。
【０００７】
紫外線分光光度計（波長=200ｎｍ〜360ｎｍ）は、光源から出た光が溶液の中を通り抜けて受光面に到達する光の量を測定している。紫外線の波長よりも大きな粒径を持つ粒子は、紫外線を反射する。従って、紫外線分光光度計は、紫外線の波長よりも粒径の大きな粒子については、吸収か反射かを識別できない。このため紫外線の波長200ｎｍよりも小さな粒径をもつ粒子だけに揃える必要がある。
【０００８】
光学的な長さは幾何学的な長さと屈折率の積に等しいこと及び、リグニン分子はベンゼン環を含んでおり、ベンゼンの屈折率は1.5であることから、リグニン分子の屈折率を1.5に等しいと仮定すると、粒径が0.1μｍであるリグニン分子の光学的な粒径は0.15μｍである。
【０００９】
リグニンはアルカリに溶けることから、リグニンがアルカリ溶液中に溶けているときには、そのリグニン分子の粒径は、0.1μｍ未満であり、穴の径が0.1μｍのろ紙を通り抜けることができる。
【００１０】
リグニンのアルカリ溶液を低温で酸性にすると、リグニンは直径約100〜300オングストロームの均一なサイズを持つ球形粒子となって沈澱してくる。この高度に水和した粒子は温度を上げるに従って集合し、さらに大きな不定形の粒子となる。（非特許文献３参照。）。
【特許文献１】WO99/14223
【特許文献２】特許公表2001-503113
【特許文献３】特願2002-323804
【非特許文献１】（リグニンの化学、基礎と応用、ユニ出版（株）、中野準三編、Ｈ２年５月２５日増補改訂版、ｐ.１６９）
【非特許文献２】（リグニンの化学、基礎と応用、ユニ出版（株）、中野準三編、Ｈ２年５月２５日増補改訂版、ｐ.１７５）
【非特許文献３】（リグニンの化学、基礎と応用、ユニ出版（株）、中野準三編、Ｈ２年５月２５日増補改訂版、ｐ.３８０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
植物体からリグニンを分離する方法としては、アルカリと混合してろ過し、酸で中和して沈殿物としてリグニンを得る方法がある。しかし、この方法では酸とアルカリとの中和塩が生じる問題があった。すなわち、中和塩を生じるような酸とアルカリの組み合わせに問題があった。同時に、フィルタに残ったリグニンを水で洗浄して中和塩を取り除く必要があるという問題があった。さらに、水洗浄により除去された中和塩が排水中に含まれて、環境を汚染する問題があった。この環境汚染を防ぐために、排水中の中和塩を除去する設備を設ける必要があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
アルカリと酸のかわりに、水を電気分解して作ったアルカリ水とこれを中和できる量の酸性水を用いる。
【００１３】
植物体からリグニンを分離するために、次のような工程をとることが望ましい。
（１）アルカリ水とこれを中和できる量の酸性水を用意する。（２）設定温度まで加熱した該アルカリ水と植物体を混合する。（３）該混合溶液を加熱して設定温度で一定時間保持する。（４）該溶液をフィルターでろ過してろ液を得る。（５）該酸性水を加熱して設定温度に保ちながら、該酸性水に該ろ液を少しづつ加えて混合溶液を得る。（６）該混合溶液を加熱して設定温度に一定時間保持する。（７）該溶液をフィルターでろ過することにより、沈殿物としてのリグニンを分離する。
【００１４】
引き続き、フィルターに残された植物体からリグニンを十分に取り出すために、次の（８）から（１４）までの工程を繰り返し行うことが望ましい。
（８）アルカリ水とこれを中和できる量の酸性水を用意する。（９）アルカリ水を加熱して設定温度にする。（１０）設定温度の該アルカリ水をフィルターに残された植物体の上から注いで、ろ過してろ液を得る。（１１）設定温度になるように該ろ液を加熱する。（１２）該酸性水を加熱して設定温度に保ちながら、該酸性水に該ろ液を少しづつ加えて混合溶液を得る。（１３）該混合溶液を設定温度で一定時間保持する。（１４）該混合溶液をフィルターでろ過することにより、沈殿物としてのリグニンを分離する。
【００１５】
植物体の粒径が小さいほど、反応速度は大きくなるので、植物体の粒径は、0.5ｍｍ以下であればよく、0.1ｍｍ以下が望ましく、２０μｍ以下がさらに望ましい。
OH-イオンの数が多いほど反応速度は大きくなるので、アルカリ水のｐHは９以上であればよく、１０以上が望ましく、１１以上がさらに望ましい。
Ｈ+イオンの数が多いほど反応速度は大きくなるので、酸性水のｐHは５以下であればよく、４以下が望ましく、３以下がさらに望ましい。
【００１６】
アルカリ水と植物体の混合溶液の温度を保持する時間は、ＯＨーイオンの数とリグニン分子の数とのバランスに依存する。ＯＨ−イオンと結合できるリグニン分子が存在している限り、ＯＨ−イオンは、リグニン分子と結合することにより、消費されてゆき、溶液のｐＨが７となるに至る。したがって、温度を保持する時間は、溶液のｐＨが７となるまででよい。
【００１７】
さらに、ろ液と酸性水との混合溶液の温度を保持する時間は、ＯＨーイオンと結合したリグニン分子から、ＯＨ−イオンが分離し、さらにリグニン分子同士が結合し、リグニン分子の平均粒径がろ紙の穴の直径よりも大きくなるまででよい。
【００１８】
設定温度が高いほど、反応速度は大きくなるので、保持する時間を10分間とした場合には、設定温度は６５℃以上１００℃未満であればよく、７５℃以上１００℃未満が望ましく、９０℃以上１００℃未満がさらに望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アルカリ水と酸性水との中和によって水が生じるだけであり、他の酸とアルカリのような中和塩が生じない。したがって、純粋なリグニンを分離できるので、フィルタに残ったリグニンを水洗浄しなくてよい。同時に、排水から中和塩を除去する設備は不要になり、排水がきれいになり、環境によく、人体にも安全であり、コストも安くなる。プラント事故のときも出るのは水蒸気であり、吸入しても作業者に健康被害がなく、引火性もなく、経皮毒性もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
アルカリと酸をアルカリ水と酸性水に限定することにより、中和塩を発生させないでリグニンを分離することが実現できた。
【実施例】
【００２１】
本発明でいう植物体とは木材、竹、草、海藻等のことをいう。
本発明でいうリグニンとは植物体に含まれている芳香族化合物のことをいう。
本発明でいうリグニンが溶けるとは、粒径が0.1μｍ以上の高分子リグニンが、粒径が0.1μｍ未満の低分子リグニンに分離することをいう。
【００２２】
（実験例１）純水を電気分解してアルカリ水とこれを中和できる量の酸性水を用意した。すりばちですった木屑（A）をふるいにかけたら、500-315μｍ、300-200μｍ、150-100μｍのふるいに残った木屑は、それぞれ4.1％、43％、38％であり、100μｍ以下が14％であった。この木屑（A）の中から、粒径が0.1ｍｍから0.4ｍｍまでの木屑を取り出すと、木屑は１２０ｃｃで２６．８ｇであった。この木屑を、ｐＨ９のアルカリ水400ｃｃと混合した。この溶液の容積は４２０ｃｃとなった。室温（14℃）で2日間置いてから、キッチンタオル（大王製紙）を2枚重ねてろ過した。ろ液をさらに穴の径が0.1μｍで、直径が90ｍｍのろ紙でろ過した後に、ろ液の紫外線吸収スペクトルを測定した。ろ液1ｃｃとｐＨ9のアルカリ水9ｃｃを混合して、１/10に希釈して測定すると極大吸収波長は２６３．００nmで吸光度は0.508であったので、原液の吸光度は5.08である。
【００２３】
キッチンタオルを2枚重ねてろ過した後の、ろ液のｐＨは6.82であった。これよりアルカリ水と木屑を混合するだけで、中和することがわかった。
ろ液に4.43ｐＨの酸性水を加えて、6.53ｐＨで390ｃｃにした。この溶液を40℃まで加熱し、穴の径が0.1μｍで、直径が90ｍｍのろ紙でろ過した。ろ液の紫外線吸収スペクトルを測定したところ、極大吸収波長は２６２．５nmで吸光度は３．１１８でスケールオーバーしたので、ろ液1ｃｃとｐＨ9.07のアルカリ水3ｃｃを混合して、４倍に希釈して測定すると極大吸収波長は２６３．５nmで吸光度は０．７７１であったから、原液の吸光度は３．０８４である。
【００２４】
（実験例２）平均粒径が17μｍである木屑１００ｃｃと純水４００ｃｃを混合し、撹拌してから、室温（約１２℃）に5日間置いた。溶液をキッチンタオルを2枚重ねてろ過し、さらに、ろ液を穴の径が0.1μｍで、直径が90ｃｍのろ紙でろ過した。ろ液の紫外線吸収スペクトルはブロードなピークを示し、極大吸収波長が273.5nmで吸光度は0.695であった。これより、純水でもリグニンが溶けることがわかった。
【００２５】
（実験例３）１００ｃｃの木屑（A）と４００ｃｃの純水を混合し、室温（約１２℃）で５日間置いた後、キッチンタオルを2枚重ねてろ過した。得られたろ液をさらに、直径90ｍｍ、穴の径0.1μｍのろ紙でろ過した。
得られたろ液を、１０倍に薄めた溶液の紫外線吸収スペクトルは極大吸収波長が263.5nmで吸光度は0.531であった。ろ液は２７ｃｃ+-1ｃｃであり、ろ液を煮沸風乾させると、蒸発残留物の重さは10.35ｍｇ+-3ｍｇであった。従って、1ｇ/ｌの溶液の吸光係数Eは13.9  ｌｇ-1ｃｍ-1である。
【００２６】
純水を電気分解してアルカリ水とこれを中和できる量の酸性水を用意した。上述のキッチンタオルに残された１００ｃｃの木屑（A）をビーカーに移し、ｐＨ９.１８のアルカリ水４００ｃｃでキッチンタオルを洗浄しながら、室温（１４℃）で混合した。混合した直後で、溶液は、すでにｐＨ７になっていた。この溶液を２枚重ねのキッチンタオルでろ過した。
【００２７】
このろ液をさらに、穴の径が0.1μｍで、直径が90ｃｍのろ紙でろ過して、紫外線吸収スペクトルを測定した。ろ液の極大吸収波長は264.0nmで吸光度は2.357であった。ろ液１ｃｃにｐＨ９.１８のアルカリ水３ｃｃを加えて希釈した溶液の極大吸収波長は263.5nmで吸光度は0.599であった。ろ液は２５ｃｃ+-1ｃｃであり、ろ液の蒸発残留物の重さは7.5ｍｇ+-3ｍｇであったので、1ｇ/ｌの溶液の吸光係数Eは7.85ｌｇ-1ｃｍ-1である。
【００２８】
引き続きキッチンタオルに残された100ｃｃの木屑（A）を用いて温度の影響を調べた。繰り返し用いた工程は次のものである。
ｐＨ9.03のアルカリ水100ｃｃを加熱して設定温度にする。設定温度のアルカリ水を木屑の上から注ぐ。ろ液も設定温度になるように加熱する。ｐＨ4.73の酸性水100ｃｃを加熱して設定温度に保ちながら、この酸性水にろ液を少しづつ加えて混合溶液を得る。この混合溶液を設定温度で１０分間保持してから、キッチンタオルを２枚重ねてろ過する。
使用した設定温度は５５℃、６５℃、７５℃、８５℃、９５℃であった。
【００２９】
温度が一番低い５５℃ではキッチンタオルの色はほとんど真っ白であった。６５℃、７５℃と少しずつ色が見えてきて、８５℃と９５℃は同程度で薄い茶色か薄いピンク色に見えた。これより、温度が高いほど色が濃くなることがわかった。
【００３０】
得られたろ液をさらに、穴の径が0.1μｍで直径が142ｍｍのろ紙で、ろ過した。ろ紙の色は温度の低い５５℃、６５℃で薄く、温度が高い８５℃、９５℃で濃い色がついた。ろ過の速さは設定温度が高いものほど早いことがわかった。  
【００３１】
ろ液の紫外線吸収スペクトルを測定した。ろ液の温度と極大吸収波長と吸光度と吸光係数は、それぞれ５５℃で263.50nmと0.337と2.599ｌｇ-1ｃｍ-1、６５℃で263.50nmと0.803と5.916ｌｇ-1ｃｍ-1、７５℃で263.5nmと0.982と10.39ｌｇ-1ｃｍ-1、８５℃で263.5nmと0.894と14.687ｌｇ-1ｃｍ-1、９５℃で263.0nmと0.880と5.086ｌｇ-1ｃｍ-1であった。
【００３２】
各温度において1ｇ／Ｌの溶液の吸光係数は、５５℃から８５℃まで温度が増大するに従い単調に増大したが、９５℃では急に低下した。このことから、リグニンの溶出量が温度と共に増大すること、同時に９０℃以上ではリグニン分子の平均粒径が0.1μｍを超えることがわかった。
【００３３】
また設定温度で１０分間保持する場合には、吸光係数が5ｌｇ-1ｃｍ-1以上は、設定温度が65℃から100℃で得られること、吸光係数が10ｌｇ-1ｃｍ-1以上は75℃から100℃で得られること、吸光係数が15ｌｇ-1ｃｍ-1以上は90℃から100℃で得られることなどがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
電気分解水は低コストであることや、環境にやさしいことから本発明は産業としての利用可能性が大きい。