寄附講座（フロンティア・ラボ ）反応解析機器開発学

Endowed Division (Frontier Laboratories Ltd.)

Innovative Analytical Pyrolysis

世界最先端の熱分解分析機器および分析技術の開発を目指して
Towards Development of Innovative Analytical Pyrolysis Technologies

熱分解 - ガスクロマトグラフィー / 質量分析法（Py-GC/ MS 法）による高分子のキャラクタリゼーション、廃プラスチックのリサイクルやバイオマス資源の有効利活用に向けた高分子の分解反応評価、これらを可能とする新しい分析手法および分析機器開発（熱分析装置、ガスクロマトグラフ、質量分析装置、それらの周辺機器など）を行っている。また、フロンティア・ラボが有する海外拠点を通じて研究成果を世界に発信、海外との研究交流や共同研究を実施することで、グローバル人材の育成にも積極的に取り組む。
We are developing innovative pyrolysis technologies, such as pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS), and the related
equipment for polymer characterization and development of pyrolysis processes for feedstock recovery from waste plastics and biomass resources. We
are also trying to develop human resources capable of global perspectives through international collaborative researches and seminars with Frontier
Laboratories’ global branch offices.

教授 吉岡 敏明

准教授 渡辺 壱

准教授 熊谷 将吾

Professor （兼務）

Associate Professor

Associate Professor （兼務）

Toshiaki Yoshioka

Atsushi Watanabe

Shogo Kumagai

クやバイオマス等高分子廃棄物の化学原料化プロセス開発におけるPy-GC の役割やこれからの可能性について講演を実施し、本講座のアクティビティならびに研究開発分野の発展性について多くの皆さんに情報発信することができた。

招待講演[1] 熊谷将吾, 「プラスチックリサイクルにおける熱分解分析の役割」,
令和4年度分析イノベーション交流会（2023/1/17）[2] 熊谷将吾, 「プラスチックリサイクルにおける機器分析の役割」,

高圧タンデムμ - リアクター -GC/MS システムを活用し、リグニンから石油化学基礎製品の（BTX）回収量向上に成功
本講座では、ポリマーの構造解析および廃プラスチックやバイオマスを化学原料に転換するための手法として、熱分解法に着目している。熱分解法は不活性ガス雰囲気下において「熱」によって種々の化学結合を切断する手法である。本講座では、小型熱分解装置（通称：パイロライザー）を用いてプラスチックやバイオマス等の高分子/ 質量分析装置（GC/MS）により直接分析するアプローチを研究している。
今年、本講座では、フロンティア・ラボ株式会社で開発した高圧
タンデムμ - リアクター -GC/MS（Fig.1）を活用し、ゼオライト触媒（HZSM-5）共存下において、リグニンの水素化分解を高圧下で実施し、石油化学基礎製品である BTX の回収量が向上可能である

Pyrolysis is considered a promising method for polymer characterization(in the field of analytical pyrolysis) and chemical feedstock recovery
from polymeric wastes (in the area of applied pyrolysis) because it candecompose any polymeric material into smaller molecules by applying
heat alone in an inert atmosphere. Pyrolysis-gas chromatography (PyGC) involves pyrolyzing polymeric materials in a micropyrolyzer and asubsequent direct GC analysis of pyrolyzates. Py-GC has immense
potential for applications in the fields of analytical and applied pyrolysis,
as it allows for rapid and accurate analysis of pyrolyzates. This isbeneficial for elucidating the microstructure and composition ofpolymers and for rapid screening of pyrolysis conditions for designing
feedstock-recycling processes.

[3] 熊谷将吾, 「プラスチックのケミカルリサイクルプロセス開発への熱分解ガスクロマトグラフィーの応用」, 第385回ガスクロマトグラ
フィー研究懇談会特別講演会（2023/11/30）[4] Atsushi Watanabe, “Analysis of microplastics in airborne
particulate matter using pyrolysis-GC/MS”, The 20th China
Symposium on Analytical and Applied Pyrolysis (2023/11/18)

Frontier Laboratories Ltd. co-organized an international symposium,“PYROASIA Symposium 2023,” held at Kuala Lumpur in Malaysia.
From this laboratory, Prof. Yoshioka and Assoc. Prof. Kumagai wereinvolved as International Advisory Members and strongly contributed tothe management of the conference.

Privilege of Presenting Research Activities inScientific Conferences and Events
We had the privilege of presenting about pyrolysis-gas chromatography(Py-GC) in analytical and applied pyrolysis fields in analyticalchemistry-related scientific conferences and events. These excellent
opportunities showcased this laboratory’s high activity and emphasized
the future potential of Py-GC techniques.

原著論文

ことを見出した（Fig.2）。本成果は、Daegu University（Korea）の Prof. Young-Min Kim、Chongqing University（China）の Dr. Chuan Ma、および同研究科吉岡研究室との共同成果として、
Chemical Engineering Journal 誌（Impact Factor 15.1）にFig. 2 Products distribution obtained by high-pressure
catalytic hydropyrolysis of lignin.

[2] H. Mizuguchi, H. Takeda, K. Kinoshita, M. Takeuchi,
T. Takayanagi, N. Teramae, W. Pipkin, K. Matsui, A. Watanabe,
C. Watanabe, “Direct analysis of airborne microplastics collected onquartz filters by pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry”,
Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 171, 105946 (2023)

PYROASIA2023 国際会議の共催
フロンティア・ラボが Co-organizier として、2023 年 6 月にPYROASIA Symposium 2023（Kuala Lumpur, Malaysia）（Fig. 3）を 開 催 し、 本 講 座 の 吉 岡 教 授 お よ び 熊 谷 准 教 授 がInternational Advisory Member として会議運営に貢献した。

分析化学関連の学会やイベントにおける多数の講演
今年は、熱分解ガスクロマトグラフィー（Py-GC）に関する数多くの講演を、分析化学に関連する学会やイベントにおいて実施した。

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment[1] C. Ma, S. Kumagai, A. Watanabe, C. Watanabe, N. Teramae,T. Yoshioka, Y. M. Kim, “Thermal and catalytic fast hydropyrolysis
of lignin: Optimization for selective production of aromatics
using high-pressure tandem μ-reactor – gas chromatography/mass
spectrometry”, Chemical Engineering Journal, 479, 147524 (2023).

This year, we employed a developed system, high-pressure tandem
micro-reactor-GC/MS (High-Pressure TR-GC/MS; Fig. 1) for a highthroughput investigation of high-pressure catalytic reactions at desired

掲載された。

Co-organizing PYROASIA2023 conference

先端環境創成学専攻

を熱分解し、熱分解によって生じる揮発生成物をガスクロマトグラフ

Production of BTX via High-Pressure Catalytic
Hydropyrolysis of Lignin Using HZSM-5 Zeolites

JASIS2023 -最先端科学・分析システム＆ソリューション展（2023/9/6）

conditions. We revealed that benzene, toluene, and xylene (BTX)
production from lignin was enhanced by high-pressure hydropyrolysis
in the presence of an HZSM-5 catalyst (Fig. 2). This work was publishedin Chemical Engineering Journal (Impact Factor 15.1), and the paper
was published by the collaboration with Prof. Young-Min Kim (DaeguUniversity, Korea), Dr. Chuan Ma (Chongqing University, China), andYoshioka Laboratory in GSES.

Py-GC の高分子分析における役割や活用分野、更にはプラスチッ
Fig. 1 Schematic illustration of high-pressure tandem reactor interfacedwith gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS) system.

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Fig. 3 Logo of the PYROASIA Symposium 2023

Coexistence Activity Report 2023

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