يتم عرض المعالجة المسبقة للكتلة الحيوية اللجنوسليلوزية بالسوائل الأيونية منخفضة التكلفة البروتينية ، مما ينتج عنه لب غني بالسليلوز واللجنين المنقى. يؤدي اللب إلى ارتفاع إنتاجية الجلوكوز بعد التكسير الأنزيمي.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يتم عرض المعالجة المسبقة للكتلة الحيوية اللجنوسليلوزية بالسوائل الأيونية منخفضة التكلفة البروتينية ، مما ينتج عنه لب غني بالسليلوز واللجنين المنقى. يؤدي اللب إلى ارتفاع إنتاجية الجلوكوز بعد التكسير الأنزيمي.
تلقى عدد من السوائل الأيونية (ILs) ذات تكاليف الإنتاج الجذابة اقتصاديا مؤخرا اهتماما متزايدا كوسيلة لإزالة السوائل الأولية اللجنوسليلوزية. نوضح هنا استخدام هذه ILs البروتينية منخفضة التكلفة في تفكيك الكتلة الحيوية اللجنوسليلوزية (المعالجة المسبقة للأيونوسولف) ، مما ينتج عنه السليلوز واللجنين المنقى. في العملية الأكثر عمومية ، يتم تصنيع السائل الأيوني البروتيك عن طريق مزيج دقيق من الحمض المائي وقاعدة الأمين. يتم ضبط محتوى الماء لاحقا. من أجل الإزالة ، يتم وضع الكتلة الحيوية في وعاء بمحلول IL في درجات حرارة مرتفعة لإذابة اللجنين والهيميسليلوز ، مما يترك لبا غنيا بالسليلوز جاهزا للتكسير (التحلل المائي للسكريات القابلة للتخمير). يتم ترسيب اللجنين لاحقا من IL عن طريق إضافة الماء واستعادته كمادة صلبة. تؤدي إزالة الماء المضاف إلى تجديد السائل الأيوني ، والذي يمكن إعادة استخدامه عدة مرات. هذا البروتوكول مفيد للتحقيق في الإمكانات الكبيرة للILs البروتينية لاستخدامها في المعالجة المسبقة للكتلة الحيوية التجارية / تجزئة اللجنين لإنتاج الوقود الحيوي أو المواد الكيميائية والمواد المتجددة.
الطلب على الطاقة البشرية تلبية لنحو مستدام، هي واحدة من أكبر التحديات التي تواجه حضارتنا. ومن المتوقع استخدام الطاقة لمضاعفة في السنوات ال 50 المقبلة، ووضع مزيد من الضغط على موارد الوقود الأحفوري. 1 تراكم الغازات المسببة للاحتباس الحراري (غازات الدفيئة) في الغلاف الجوي من خلال استخدام الوقود الأحفوري واسعة الانتشار هو مشكلة خاصة، كما CO 2 الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري هي المسؤولة عن 50٪ من تأثير الدفيئة البشرية المنشأ. 2 لذلك، تطبيق على نطاق واسع من التقنيات محايدة المتجددة والكربون هو ضروري لتلبية الاحتياجات المتزايدة للطاقة والمواد الأجيال القادمة. 1، 3
الكتلة الحيوية النباتية هي الموارد المتجددة الأكثر تنوعا، كما أنها يمكن أن تستخدم لإنتاج الحرارة والكهرباء وكذلك المعتمدة على الكربون المواد الكيميائية والمواد والوقود. المزايا الأساسية للكتلة الحيوية lignocellulosic على أنواع الكتلة الحيوية الأخرى في وفرة، وقدرتها على عوائد عالية PEمنطقة ص الأراضي وغالبا بكثير أعلى التوفير انبعاث ثاني أكسيد الكربون 2، والذي يتضمن الحفاظ على نسبة عالية من الكربون في التربة. 4، 5 فوائد إضافية لاستخدام الكتلة الحيوية وتشمل التوفر في الأسواق المحلية، متطلبات رأس المال منخفضة لتحويل الكتلة الحيوية إلى الطاقة، ومنع تآكل التربة. 8
المنتجين الرئيسيين للمواد الأولية lignocellulosic هي صناعة الغابات والقطاع الزراعي، فضلا عن إدارة النفايات البلدية. 6 إنتاج مادة الخشب لديه القدرة على توسيعها، مع الاعتبار للحد من إزالة الغابات وتجنب استبدال المحاصيل الغذائية وإطلاق الملوثات المحتملة. 7 الكتلة الحيوية المتجددة لتصبح مصدرا واسع النطاق قابلة للحياة من وقود النقل السائلة والمواد الكيميائية، ويجب معالجته تصبح قادرة على المنافسة اقتصاديا مع تقنيات تحويل الوقود الأحفوري. 9، 10 مفتاح لتحقيق ذلك هو زيادة المحصول وجودة السلع الوسيطة المشتقة من الكتلة الحيوية مع الحد التكلفة.
تحتوي غنوسيللولوز على نسبة عالية من السكريات التي يمكن تحويلها إلى وقود ومواد كيميائية عن طريق التحويلات الحفازة والميكروبية. 11 هذه السكريات موجودة في غنوسيللولوز في شكل البوليمر كما السليلوز وهيميسيلولوز. ويمكن تحلل إلى جلوكوز وغيرها من السكر أحادية ومن ثم استخدامها لإنتاج الإيثانول وغيرها من المواد الكيميائية المشتقة من الحيوية والمذيبات. 12
من أجل الوصول إلى السكريات السليلوزية، المعالجة من الكتلة الحيوية اللازمة من خلال الفيزيائية والكيميائية، أو العمليات مجتمعة. 4 المعالجة يمكن القول إن الخطوة الأكثر تكلفة في تثمين الكتلة الحيوية lignocellulosic. ومن ثم البحث في عمليات المعالجة المحسنة أمر حتمي.
تتوفر تقنيات المعالجة المختلفة. ذات أهمية خاصة هي تلك التي تفصل بين اللجنين من السليلوز (المعالجة fractionative). اللجنين، المكون الرئيسي الثالث فيغنوسيللولوز، يحد من وصول hydrolyzing كلاء لالسليلوز وهيميسيلولوز ويقلل من محصول السكر للطن الواحد من المواد الخام. 11 ويمكن الاستفادة من اللجنين فصل بمثابة معامل تكرير أحيائية إضافي وسيطة إذا تم عزلها في نوعية مناسبة. 13 واحدة عملية fractionative هي عملية كرافت التي هي المعالجة الأكثر شيوعا لإنتاج الورق / السليلوز. في كرافت اللب، وتوضع رقائق الخشب في مزيج من هيدروكسيد الصوديوم وكبريتيد الصوديوم ويسخن في درجات حرارة مرتفعة حوالي 170 درجة مئوية تحت ضغط عال. 14 ردود الفعل قلوية إزالة هيميسيلولوز واللجنين عن طريق كسر البوليمرات وصولا الى شظايا قصيرة عبر أليف النواة و الحفز قاعدة، وعن طريق إذابة شظايا اللجنين عن طريق دي بروتوناتيون من مجموعات الهيدروكسيل / الكحول الفينول. عملية إزالة اللجنين مشتركة أخرى هي عملية Organosolv التي شظايا أيضا ويذوب اللجنين وهيميسيلولوز. بدلا من استخدام aqueo القلويةلنا حل، وتستخدم المذيبات العضوية مثل الإيثانول وحمض الخليك في درجات حرارة عالية تتراوح ما بين 160-200 درجة مئوية والضغوط 5-30 بار. Organosolv المعالجة لديها بعض المزايا أكثر من كرافت اللب في ذلك أنها تنتج كمية أقل من الهواء وتلوث المياه. 15 كلتا العمليتين تمتلك بعض التحديات الاقتصادية، إذا تم استخدامها لإنتاج المواد الكيميائية والوقود بدلا من السليلوز. 16 وتستخدم المعالجة Ionosolv السوائل الأيونية، والتي هي الأملاح التي لدينا نقطة ذوبان أقل من 100 درجة مئوية، ونتيجة للتفاعلات Coulombic قوية، وضغط بخار منخفض جدا. 17 وهذا يلغي تلوث الهواء في عملية المعالجة، ويمكن معالجة في أو بالقرب من الضغط الجوي.
في حين يتم إنشاء معظم ILS في شاقة، توليفات متعددة الخطوات، ILS بروتيتش يمكن توليفها في عملية من خطوة واحدة من السلع الكيماوية، مما يجعلها أقل تكلفة. وتشير التقديرات إلى أن بعض ILS يمكن أن يتم إنتاجها على نطاق واسع بالجملة لسعر 1.24 $ للكيلوغرام الواحد وهو مشابه للمذيبات العضوية المشتركة مثل الأسيتون والتولوين. 18 القدرة على إعادة تدوير وإعادة استخدام هذه ILS للتخصيص في عملية تعمل في درجات حرارة وضغوط أقل نسبيا يجعل هذا بديل أكثر اعتدالا ومرشحا جذابا اقتصاديا لتكرير حيوي.
يوضح هذا البروتوكول الفيديو مفصل نسخة مختبر مقياس للعملية Ionosolv لإزالة اللجنين الكتلة الحيوية lignocellulosic وتسكر الأنزيمي في نهاية المطاف من اللب السليلوز الغنية فضلا عن استرداد عالية النقاء اللجنين خالية من رائحة. 19
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ملاحظة: يتم تجميع السوائل الأيونية بروتيتش المستخدمة في عملية في المختبر لدينا، على الرغم من أن البعض قد تكون أو تصبح متاحة تجاريا. السوائل الأيونية الناتجة الحمضية وتآكل وربما إلى مهيجات الجلد / العين (اعتمادا على أمين المستخدمة)، وبالتالي يجب التعامل معها بحذر ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة (معطف المختبر، والمواصفات سلامة، قفازات المقاومة).
1. إعداد
مكافئ. 1
مكافئ. 2
مكافئ. 3
مكافئ. 4
مكافئ. 5
مكافئ. 6 2. المعالجة
ملاحظة: قد تنقطع عملية في أي لحظة من خلال ترك العينات في درجة حرارة الغرفة (لبضعة أيام) أو في الثلاجة (لفترات أطول).
3. اللب غسل
4. سوكسليت استخراج اللب
5. اللجنين عزل
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المبلغ المحدد للإزالة اللجنين وهطول الأمطار اللجنين، تعافى اللب والعائد الجلوكوز تعتمد على نوع من الكتلة الحيوية المستخدمة، ودرجة الحرارة التي يتم تشغيل العلاج ومدة العلاج. مرات المعالجة قصيرة ودرجات الحرارة المنخفضة تؤدي إلى المعالجة غير مكتملة في حين عند ارتفاع درجات الحرارة يصبح السليلوز غير مستقر في السائل الأيونية، مما يؤدي إلى التحلل المائي والتحلل. كما يلعب السائل الأيونية اختيار دورا هاما في نتائج الإجراء تجزئة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تقنية للتجزئة من الكتلة الحيوية lignocellulosic المقدمة هنا تنتج لب السليلوز الغنية واللجنين. تذوب معظم hemicelluloses في السائل الأيونية وتحلل، ولكن لم يشف. وإذا رغبت السكريات هيميسيلولوز، قد يكون من الضروري على هيميسيلولوز قبل استخراج خطوة مسبقة لإزالة اللجنين Ionosolv. فقد كان من المستحيل حتى الآن ليغلق تماما التوازن الكتلي للالكتلة الحيوية، كما أنه من غير الممكن لتحديد وقياس جميع المنتجات تدهور وجدت في الخمور السائل الأيونية، وخاصة تلك الناجمة عن اللجنين. وهناك دراسة مفصلة حول...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
الكتاب يعترف معهد جرانثام لتغير المناخ والبيئة والمناخ، الشركة الكويتية للاستثمار وEPSRC (EP / K038648 / 1 و EP / K014676 / 1) للحصول على التمويل وبيار بوفييه لتوفير البيانات التجريبية لالمعالجة المسبقة الصنوبر.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| <قوي >IL توليف < / قوي > | |||
| قارورة سفلية مستديرة ، مع مفصل أرضي قياسي 24/29 NS ، 1,000 مل | Lenz | 3 0024 70 | VWR رمز المنتج 271-1309 |
|---|---|---|---|
| 250 مل قمع إضافة ، متخرج ، حجم المفصل 29/26 ، 0-4 ؛ مم PTFE صمام | GPE | CG-1714-16 | |
| قارورة ديوار على شكل طبق ، SCH 31 CAL & nbsp ؛ | KGW-Isotherm | 1197 | |
| قارورة حجمية ، 200 مل | VWR | 612-3745 ؛ | |
| حلقات الفلين ، ماصات الباستير والحلاقة ، زجاجة الغسيل بالماء منزوع الأيونات ، شريط | |||
| مطحنة القطع الثقيلة SM2000 ؛ | Retsch | تم إيقاف | استبداله بمطحنة القطع SM 200 (20.728.0001) |
| المناخل السفلية (10 ثقوب مربعة شبكية ، لحجم الجسيمات < 2 مم) | Retsch ؛ | 03.647.0318 | جزء من مطحنة القطع |
| شاكر المنخل التحليلي AS 200 | Retsch & nbsp ؛ | 30.018.0001 | جزء من آلة الغربلة |
| اختبار غربال 200 مم & Oslash ؛ × 50 مم ارتفاع ISO 3310/1 (180 & micro ؛ م) | Retsch | 60.131.000180 | جزء من آلة الغربلة |
| اختبار غربال 200 مم & Oslash ؛ × 50 مم ارتفاع ISO 3310/1 (850 & micro ؛ م) | Retsch | 60.131.000850 | جزء من آلة الغربلة |
| تجميع عموم ، الفولاذ المقاوم للصدأ ، 200 & nbsp ؛ مم Ø, ارتفاع 50 مم | Retsch | 69.720.0050 | جزء من آلة |
| مبخر دوار (Rotavapor R-210) Buchi | ؛ | تم استبداله | بحمام مائي Rotavapor R-300 |
| (حمام التدفئة B-491) | Buchi & nbsp ؛ | 48201 | جزء من المبخر الدوار |
| Recirculator | Julabo | F25 | جزء من مضخة فراغ المبخر الدوار |
| (MPC 101 Z) | Ilmvac GmbH | 412522 | جزء من جهاز |
| التحكم في الفراغ المبخر الدوار (صندوق التحكم في الفراغ VCB 521) | Ilmvac GmbH | 600053 | جزء من المبخر |
| StarFish لوحة قاعدة 135 ؛ مم (ل Radleys & amp IKA) | Radleys | RR95010 | جزء من المبخر المتوازي |
| أحادي الكتلة ل 5 × 250 ؛ ml قوارير | رادلي | RR95130 | جزء من المبخر الموازي |
| تلسكوبي 5 اتجاهات المشبك مع الفيلكرو | رادليز | RR95400 | جزء من المبخر المتوازي |
| الغاز / فراغ المشعب مع موصلات | Radleys | RR95510 | جزء من المبخر الموازي |
| 650 مم رود | رادليز | RR95665 | جزء من المبخر الموازي |
| الافراج السريع ذكر, R / A شائكة 6.4 مم + إغلاق (3.2 معرف مم) | Radleys | RR95520 | جزء من المبخر المتوازي |
| النمام / اللوحة الساخنة | Radleys | RR98072 | جزء من مستخرج soxhlet |
| تحكم في درجة الحرارة | Radleys | RR98073 | جزء من مستخرج soxhlet |
| شريط التحريك البيضاوي 15 & nbsp ؛ مم Rare Earth | Radleys | RR98097 | جزء من المبخر الموازي |
| فراغ مصيدة باردة ، مطلية بالبلاستيك ، محبس PTFE | Chemglass | CG-4519-01 | جزء من مضخة فراغ المبخر المتوازي |
| (MPC 101 Z) | Ilmvac GmbH | 412522 | جزء من المبخر المتوازي |
| Tygon الأنابيب E-3603 ، 6.40 ؛ مم (داخلي) 12.80 & nbsp ؛ مم (خارجي) | Saint-Gobain / VWR | 228-1292 ؛ | جزء من المبخر الموازي |
| <قوي>مستخرج Soxhlet متوازي< / قوي> | |||
| StarFish Base Plate 135 ؛ مم (ل Radleys & amp IKA) | Radleys | RR95010 | جزء من مستخرج soxhlet |
| كتلة واحدة ل 5 × 250 ؛ ml قوارير | رادلي | RR95130 | جزء من مستخرج soxhlet |
| تلسكوبي 5 اتجاهات المشبك مع الفيلكرو | رادليز | RR95400 | جزء من مستخرج soxhlet |
| تلسكوبي 5 اتجاهات المشبك مع حزام سيليكون ومقبض طويل | Radleys | RR95410 | جزء من مستخرج soxhlet |
| مشعب المياه مع موصلات | Radleys | RR95500 | جزء من مستخرج soxhlet |
| 650 مم رود | رادليز | RR95665 | جزء من مستخرج soxhlet |
| الافراج السريع ذكر, R / A شائكة 6.4 مم + إغلاق (3.2 معرف مم) | Radleys | RR95520 | جزء من مستخرج soxhlet |
| مكثفات لفائف مع وصلات أرضية قياسية 29/32 NS | Lenz | 5.2503.04 | جزء من مستخرج soxhlet |
| مستخرج Soxhlet 40 ؛ مل زجاج البورسليكات 29/32 مقبس 24/29 مخروط | Quickfit | EX5 / 43 ؛ | جزء من مستخرج soxhlet |
| النمام / الصفيحة الساخنة | Radleys | RR98072 | جزء من مستخرج soxhlet |
| جهاز التحكم في درجة الحرارة | Radleys | RR98073 | جزء من مستخرج soxhlet |
| Recirculator | Grant | LTC1 | جزء من مستخرج soxhlet |
| استخراج السليلوز كشتبان | Whatman | 2280-228 | |
| ملاقط | Excelta | 20A-S-SE | |
| فرن تجفيف فراغ | الموثق | VD 23 | جزء من فرن فراغ |
| وعاء ديوار 2 & nbsp ؛ L 100 x 290 مم مع مقبض | KGW-Isotherm | 10613 | جزء من فرن فراغ |
| فخ فراغ | GPE | CG-4532-01 ؛ | جزء من فرن الفراغ |
| <قوي>معدات أخرى< / قوي> | |||
| الميزان التحليلي | A & دقة D | GH-252 | إلى & plusmn; 0.1 مجم |
| الحجمي Karl Fischer جهاز معايرة | Mettler Toledo | V20 | |
| 10 مل ماصة يمكن التخلص منها | Corning Inc | Costar 4101 10 مل Stripette | |
| Eppendorf Research plus ماصة ، حجم متغير ، حجم 100-1,000 ؛ مو ل | Eppendorf | 3120000062 | |
| Desiccator | Jencons | JENC250-028BOM | |
| نوع جلبة أنبوب الضغط الآس ، الختم الأمامي ، الحجم 15 & nbsp ؛ مل | زجاج ايس | 8648-04 ؛ | |
| الآس يا الخواتم, سيليكون, 2.6 mm, I.D. 9.2 مم | Ace Glass | 7855216 | O ring لأنبوب الضغط |
| Vortex shaker | VWR International | 444-1378 (المملكة المتحدة) | |
| فرن حراري بمساعدة مروحة | ThermoScientific | HeraTherm OMH60 | |
| قفاز فرن (Crusader Flex) | Ansel Edmont | 42-325 | |
| 250 مل قارورة دائرية أسفل مفصل أرضي برقبة واحدة 24/29 (Pyrex) | Quickfit | FR250 / 3S | |
| محول محبس روتافلو مع مخروط 24/29 | روتافلو إنجلترا | MF11 / 2 / SC | |
| 50 مل أنبوب فالكون | Heraeus / Kendro | HERA 76002844 | |
| الطرد المركزي (Mega Star 3.0) VWR | ؛ | 521-1751 | |
| recodes< / strong> | |||
| ethanol absolute | VWR | 20820.464 | |
| Triethylamine | Sigma-Aldrich | T0886 | |
| حمض الكبريتيك 5 مول / لتر (10 ؛ ن) محلول حجمي AVS TITRINORM زجاجة كسر آمن 2.5 & nbsp ؛ L | VWR | 191665V | |
| مياه نقية (15 M & Omega ؛ ressitance) | Elga | CENTRA R200 | |
| Miscanthus X gigantheus | |||
| Pinus sylvestris | |||
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.