名古屋大學研究生院環境學研究科的日比野高士教授，Zinchenko Anatoly副教授等率領的研究團隊發佈研究成果稱，與SOKEN合作，開發出了一種在溫和條件下透過電解廢棄生質之一的木質素磺酸鹽，在陽極合成甲醇，陰極合成氫的方法。甲醇的產率達到40%。該方法有望爲減量生質利用程序中的CO₂排放量作出貢獻。該成果已發表在9月23日的國際學術期刊《Applied Catalysis B：Environmental》上。
圖1 透過電化學方法從木質素磺酸鹽中提取甲醇和氫（供圖：名古屋大學）
作爲生質備受關注的木質素佔木材重量的20%～35%，在製漿造紙廠被分離成爲木質素磺酸鹽。另一方面，木質素磺酸的利用方法有限，高附加值化困難，用於木質素磺酸轉化的熱反應和催化反應都需要高壓和高溫條件。
此次研究團隊嘗試利用電化學反應的優點，在75℃、1個大氣壓力、低電壓的條件下，對木質素磺酸鹽的甲氧基進行陽極氧化，以達到提取甲醇的目的。
由於陽極暴露在酸性溶液中，而且電位具有氧化性，因此使用了具有耐酸性和耐氧化性的鉑（Pt）電極。爲增加Pt電極的表面積，以濺射法在電解質膜表面進行蒸鍍。陰極使用了商用的浸透了幾奈米大小的Pt粒子的碳電極。
首先將木質磺酸（10毫克）在各種溫度、陽極電位下電解，觀察來自陽極的氣態生成物。
結果顯示，隨着電位的升高，依次生成了甲醇、甲醚、CO₂和氧。
此外，在陽極從木質素磺酸鹽中提取甲醇的同時，還應答到在陰極處產生了氫。
研究還發現，木質素磺酸鹽的重量越大，甲醇生成速度和電流效率到反應後期保持得越高。
值得注意的是，無論木質素磺酸鹽量多少，電流效率都顯示出高達90%甚至更高。甲氧基到甲醇的產率平均爲42%。
此次開發的方法與熱反應、催化氧化相比，電解氧化的反應在低溫、低氣壓下進行。具有氧化劑在陽極產生、電力可由再生能源提供、陰極作爲副產物產生氫等特點。
除了產生甲醇外，鑑於低環境負荷的反應條件（75℃·大氣壓力），可以利用再生能源作爲電流源，同時還可以產生替代燃料的氫，因此有望在生質利用程序中爲減量CO₂排放量做出重大貢獻。
日比野教授表示：「在此次的研究中，我們從木質素中提取了甲醇和氫，但陽極上仍然殘留着未處理的芳香化合物。今後，我們希望能控制反應並將這些殘渣轉化爲苯酚等有用的化合物。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：《Applied Catalysis B：Environmental》
論文：Electrochemical extraction of methanol from lignin under mild conditions
DOI：10.1016/j.apcatb.2023.123328
