Die Vorbehandlung von lignozellulosehaltiger Biomasse mit protischen kostengünstigen ionischen Flüssigkeiten wird gezeigt, was zu einem delignifizierten zellulosereichen Zellstoff und einem gereinigten Lignin führt. Das Fruchtfleisch führt nach enzymatischer Verzuckerung zu hohen Glukoseausbeuten.
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Methodenartikel
Die Vorbehandlung von Lignocellulose-Biomasse mit Low-Cost-ionischen Flüssigkeiten
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Eine Reihe von ionischen Flüssigkeiten (ILs) mit wirtschaftlich attraktiven Produktionskosten haben in letzter Zeit wachsendes Interesse als Medien für die Delignifizierung einer Vielzahl von lignozellulosehaltigen Rohstoffen erfahren. Hier zeigen wir den Einsatz dieser kostengünstigen protischen ILs beim Abbau lignozellulosehaltiger Biomasse (Ionosolv-Vorbehandlung), wobei Cellulose und ein gereinigtes Lignin gewonnen werden. Im allgemeinsten Verfahren wird die protische ionische Flüssigkeit durch genaue Kombination von wässriger Säure und Aminbase synthetisiert. Anschließend wird der Wassergehalt angepasst. Für die Delignifizierung wird die Biomasse bei erhöhten Temperaturen in ein Gefäß mit IL-Lösung gegeben, um das Lignin und die Hemizellulose aufzulösen, so dass ein zellulosereicher Zellstoff für die Verzuckerung (Hydrolyse zu fermentierbaren Zuckern) übrig bleibt. Das Lignin wird später durch Zugabe von Wasser aus der IL ausgefällt und als Feststoff zurückgewonnen. Durch den Entzug des zugesetzten Wassers wird die ionische Flüssigkeit regeneriert, die mehrfach wiederverwendet werden kann. Dieses Protokoll ist nützlich, um das signifikante Potenzial von protischen ILs für den Einsatz in der kommerziellen Biomassevorbehandlung/Ligninfraktionierung zur Herstellung von Biokraftstoffen oder erneuerbaren Chemikalien und Materialien zu untersuchen.
Einleitung
Treffen der Menschheit Energiebedarf nachhaltig eine der größten Herausforderungen, die unsere Zivilisation steht. Der Energieverbrauch wird voraussichtlich in den nächsten 50 Jahren verdoppeln, eine größere Belastung auf fossilen Ressourcen setzen. 1 Der Aufbau von Treibhausgasen (THG) in der Atmosphäre durch weitverbreitete Verwendung fossiler Brennstoffe ist besonders problematisch, da CO 2 erzeugt aus der Verbrennung von fossilen Brennstoffen ist verantwortlich für 50% des anthropogenen Treibhauseffekt. 2 daher groß angelegte Anwendung erneuerbarer und kohlenstoffneutrale Technologien ist entscheidend für die Erfüllung der gestieg....
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Protokoll
Hinweis: Die protischen ionischen Flüssigkeiten in dem Verfahren verwendet werden synthetisiert in unserem Labor, obwohl einige oder vielleicht kommerziell verfügbar werden. Die resultierenden ionischen Flüssigkeiten sind sauer und ätzend und wahrscheinlich Haut / Augenreizungen (je nach verwendetem Amin) und diese mit größter Sorgfalt tragen geeignete PSA (Laborkittel, Schutzbrille, beständige Handschuhe) behandelt werden.
1. Vorbereitung
- Vorbereiten und Speichern der Lignocellulose
- Erhalten, die Lignocellulose vor dem Experiment in ausreichenden Mengen, beispielsweise 100 g bis 5 kg.
Hinweis: ....
- Erhalten, die Lignocellulose vor dem Experiment in ausreichenden Mengen, beispielsweise 100 g bis 5 kg.
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Ergebnisse
Die genaue Menge an Lignin Entfernung und Ligninausfällung erholten sich die Zellstoff- und Glucoseausbeute von der Art der Biomasse abhängen verwendet, bei dem die Temperatur die Behandlung durchgeführt wird, und die Dauer der Behandlung. Kurzvorbehandlungszeiten und niedrigen Temperaturen führen zu unvollständiger Vorbehandlung während bei höheren Temperaturen die Cellulose in der ionischen Flüssigkeit instabil wird, was zu einer Hydrolyse und Abbau. Die ausgewählte ionische Flüssigkei.......
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Diskussion
Die Technik zur Fraktionierung von Lignocellulose hier präsentierten erzeugt eine cellulosereiche Pulpe und Lignin. Die meisten der Hemicellulosen werden in der ionischen Flüssigkeit gelöst und hydrolysiert, jedoch nicht zurückgewonnen. Wenn Hemicellulose Zucker gewünscht werden, kann eine Hemicellulose Vorextraktionsschritt vor dem Ionosolv Delignifizierung erforderlich sein. Es wurde bisher nicht möglich gewesen, vollständig die Massenbilanz für die Biomasse zu schließen, da es nicht möglich ist, alle Abbauprodukte in.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts zu offenbaren.
Danksagungen
Die Autoren erkennen die Grantham - Institut für Klimawandel und Umwelt, Klima-KIC und EPSRC (EP / K038648 / 1 und EP / K014676 / 1) für die Finanzierung und Pierre Bouvier für experimentelle Daten für Kiefer Vorbehandlungen bieten.
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Materialien
VakuumtrockenschrankReagenzien
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| IL Synthese | |||
| Rundkolben, mit Normschliff 24/29 NS, 1.000 ml | Lenz | 3 0024 70 | VWR Produktcode 271-1309 |
| 250 ml Additionstrichter, graduiert, 29/26 Schliff, 0-4 mm PTFE Ventil | GPE | CG-1714-16 | |
| Schüsselförmiger Dewargefäß, SCH 31 CAL | KGW-Isotherm | 1197 | |
| Messkolben, 200 ml | VWR | 612-3745 | |
| Korkinginge, Pasteurpipetten und -sauger, Waschflasche mit deionisiertem Wasser, großer magnetischer Rührstab | |||
| Zerkleinerung der Biomasse | |||
| Hochleistungs-Schneidemühle SM2000 | Retsch | Auslaufartikel | ersetzt durch Schneidmühle SM 200 (20.728.0001) |
| Bodensiebe (10 quadratische Maschenlöcher, für Partikelgröße < 2 mm) | Retsch | 03.647.0318 | Teil der Schneidmühle |
| Analytische Siebmaschine AS 200 | Retsch | 30.018.0001 | Teil der Siebmaschine |
| Prüfsieb 200 mm Ø x 50 mm Höhe ISO 3310/1 (180 & Mikro; m) | Retsch | 60.131.000180 | Teil der Siebmaschine |
| Prüfsieb 200 mm Ø x 50 mm Höhe ISO 3310/1 (850 µ m) | Retsch | 60.131.000850 | Teil Siebmaschine |
| Auffangwanne, Edelstahl, 200 mm Ø, Höhe 50 mm | Retsch | 69.720.0050 | Teil der Siebmaschine |
| Rotationsverdampfer | |||
| Rotationsverdampfer (Rotavapor R-210) | Buchi | Abgekündigt | Ersetzt durch Rotavapor R-300 |
| Wasserbad (Heizbad B-491) | Buchi | 48201 | Teil des Rotationsverdampfers |
| Umwälzthermostat | Julabo | F25 | Teil des Rotationsverdampfers |
| Vakuumpumpe (MPC 101 Z) | Ilmvac GmbH | 412522 | Teil des Rotationsverdampfers |
| Vakuumregler (Vacuum Control Box VCB 521) | Ilmvac GmbH | 600053 | Teil des Rotationsverdampfers |
| Parallelverdampfer | |||
| StarFish Grundplatte 135 mm (für Radleys & IKA) | Radleys | RR95010 | Teil des Parallelverdampfers |
| Monoblock für 5 x 250 ml Fläschchen | Radleys | RR95130 | Teil des Parallelverdampfers |
| Teleskop-5-Wege-Klemme mit Velcro | Radleys | RR95400 | Teil des Parallelverdampfers |
| Gas-/Vakuumverteiler mit Anschlüssen | Radleys | RR95510 | Teil des Parallelverdampfers |
| 650 mm Rod | Radleys | RR95665 | Teil des Parallelverdampfers |
| Schnellspanner männlich, R/A mit Widerhaken 6,4 mm + Abschaltung (3,2 mm ID) | Radleys | RR95520 | Teil des Parallelverdampfers |
| Rührer/Heizplatte | Radleys | RR98072 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| Temperaturregler | Radleys | RR98073 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| Elliptischer Rührstab 15 mm Seltene Erden | Radleys | RR98097 | Teil des Parallelverdampfers |
| Vakuum-Kühlfalle, kunststoffbeschichtet, PTFE-Absperrhahn | Chemglass | CG-4519-01 | Teil des Parallelverdampfers |
| Vakuumpumpe (MPC 101 Z) | Ilmvac GmbH | 412522 | Teil des Parallelverdampfers |
| Tygon-Schlauch E-3603, 6.40 mm (innen) 12,80 mm (außen) | Saint-Gobain/VWR | 228-1292 | Teil des Parallelverdampfers |
| Paralleler Soxhlet-Extraktor | |||
| StarFish Grundplatte 135 mm (für Radleys & IKA) | Radleys | RR95010 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| Monoblock für 5 x 250 ml Fläschchen | Radleys | RR95130 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| Teleskop-5-Wege-Klemme mit Velcro | Radleys | RR95400 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| Teleskopische 5-Wege-Klemme mit Silikonband und langem Griff | Radleys | RR95410 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| Wasserverteiler mit | Anschlüssen Radleys | RR95500 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| 650 mm Rod | Radleys | RR95665 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| Schnellspanner männlich, R/A mit Widerhaken 6,4 mm + Abschaltung (3,2 mm ID) | Radleys | RR95520 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| Spiralkondensatoren mit Normschliff 29/32 NS | Lenz | 5.2503.04 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| Abzieher Soxhlet 40 ml Borosilikatglas 29/32 Fassung 24/29 Konus | Quickfit | EX5/43 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| Rührer/Heizplatte | Radleys | RR98072 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| Temperaturregler | Radleys | RR98073 | Teil des Soxhlet-Extraktors |
| Recirculator Grant | LTC1 | Teil des Soxhlet-Extraktors | |
| Zellulose-Extraktionskausche | Whatman | 2280-228 | |
| Pinzette | Excelta | 20A-S-SE | |
| Vakuumtrockenschrank | Binder | VD 23 | Teil des Vakuumschranks |
| Dewargefäß 2 L 100 x 290 mm mit Griff | KGW-Isotherm | 10613 | Teil des Vakuumschranks |
| Vakuumfalle | GPE | CG-4532-01 | Teil des Vakuumschranks |
| Sonstige Ausrüstung | |||
| Analysenwaage | A& D | GH-252 | Genauigkeit bis ± 0,1 mg |
| volumetrischer Karl-Fischer-Titrator | Mettler Toledo | V20 | |
| 10 ml Einwegpipette | Corning Inc | Costar 4101 10 mL Stripette | |
| Eppendorf Research plus Pipette, variables Volumen, Volumen 100-1.000 μ l | Eppendorf | 3120000062 | |
| Exsikkator | Jencons | JENC250-028BOM | |
| Ace Druckrohrbuchse, Dichtung vorne, Volumen 15 ml | Ace Glas | 8648-04 | |
| Ace O-Ringe, Silikon, 2,6 mm, ID 9,2 mm | Ace Glass | 7855216 | O-Ring für Druckrohr |
| Vortex-Shaker | VWR International | 444-1378 (UK) | |
| Umluftofen | ThermoScientific | HeraTherm OMH60 | |
| Ofenhandschuh (Crusader Flex) | Ansel Edmont | 42-325 | |
| 250 ml Rundkolben Einhalsschliff 24/29 (Pyrex) | Quickfit | FR250/3S | |
| Rotaflo Hahnadapter mit Konus 24/29 | Rotaflo England | MF11/2/SC | |
| 50 ml Falcon Tube | Heraeus/Kendro | HERA 76002844 | |
| Zentrifuge (Mega Star 3.0) | VWR | 521-1751< | |
| Ethanol absolut | VWR | 20820.464 | |
| Triethylamin | Sigma-Aldrich | T0886 | |
| Schwefelsäure 5 mol/L (10 N) AVS TITRINORM volumetrische Lösung Safe-Break-Flasche 2,5 L | VWR | 191665V | |
| Gereinigtes Wasser (15 MΩ Beständigkeit) | Elga | CENTRA R200 | |
| Lignocellulose biomass | |||
| Miscanthus X gigantheus | |||
| Pinus sylvestris |
Referenzen
- Lewis, N. S., Nocera, D. G. Powering the planet: chemical challenges in solar energy utilization. Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 103 (43), 15729-15735 (2006).
- Dincer, I. Renewable energy and sustainable development: a crucial review. Renewa....
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Nachdrucke und Genehmigungen
