Methodenartikel

Eine neue Methode für die Analyse von Pentosan in Jute Biomasse und deren Umwandlung in Zucker Monomere mit sauren ionischen Flüssigkeit

DOI:

10.3791/57613

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1. Juni 2018

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1Department of Chemical Engineering, National Taiwan University, 2International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), National Institute for Materials Science (NIMS), 3Australian Institute for Innovative Materials (AIIM), University of Wollongong, 4Department of Biotechnology, Bangabandhu Sheikh Mujibur Rahman Agricultural University, 5School of Chemical Engineering & Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology (AIBN), University of Queensland, 6Department of Plant and Environmental New Resources, Kyung Hee University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Wir präsentieren ein Protokoll für die Synthese von C5-Zuckern (Xylose und Arabinose) aus einer erneuerbaren nicht essbare Lignocellulose Biomasse (z.B. Jute) mit der Anwesenheit von Brønsted sauren Ionische Flüssigkeiten (BAILs) als Katalysator im Wasser. Der BAILs Katalysator ausgestellt bessere katalytische Leistung als herkömmliche mineralische Säure Katalysatoren (H2SO4 und HCl).

Zusammenfassung

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Vor kurzem sind Ionische Flüssigkeiten (ILs) für Biomasse Aufwertung in wertvolle Chemikalien aufgrund ihrer bemerkenswerten Eigenschaften wie thermische Stabilität, niedriger Dampfdruck, nicht-Brennbarkeit, höhere Wärmekapazität und abstimmbaren Löslichkeit und Säure verwendet. Hier zeigen wir eine Methode für die Synthese von C5-Zuckern (Xylose und Arabinose) aus der Pentosan in Jute Biomasse in einem ein-Topf-Prozess vorhanden durch die Verwendung einer katalytische Menge von Brønsted-Säure 1-methyl-3-(3-sulfopropyl)-imidazolium Wasserstoff-Sulfat IL. Die saure IL wird im Labor synthetisiert und charakterisiert mit NMR spektroskopische Techniken für das Verständnis seiner Reinheit. Die verschiedenen Eigenschaften der Kaution werden wie Säurestärke, thermische und hydrothermale Stabilität, die zeigten, dass der Katalysator stabil bei einer höheren Temperatur (250 ° C ist) und verfügt über sehr hohe Säurestärke (Ho 1,57) gemessen. Die saure IL wandelt mehr als 90 % der Pentosan in Zucker und Furfural. Daher kann die Präsentation Methode in dieser Studie auch für die Bewertung von Pentosan Konzentration in anderen Arten von Lignozellulose Biomasse eingesetzt werden.

Einleitung

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Biomasse hat großes Potenzial als erneuerbare Energie und chemische Quelle, denn es nachhaltige, kostengünstige und gleichmäßig verteilten im Gegensatz zu fossilen Ressourcen, die macht ihn zu einem der viel versprechende Kandidaten für fossile Rohstoffe ersetzen. Die geschätzte Erzeugung von Lignozellulose Biomasse ist 146 Milliarden Tonnen pro Jahr1. Die Lignocellulose Biomasse besteht hauptsächlich aus Lignin, Zellulose und Hemizellulose als seine drei Hauptbestandteile. Lignin ist ein aromatisch Polymer aus Phenylpropanoid Einheiten hergestellt wird; auf der anderen Seite sind Zellulose und Hemizellulose die Polysaccharid-Teile der Lignocel....

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Protokoll

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Mehrere in der Präsentation verwendeten Chemikalien sind giftig und karzinogen. Nutzen Sie alle entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen bei der Synthese von IL und Biomasseverarbeitung Durchführung.

1. Vorbereitung des sauren IL

  1. Fügen Sie 7.625 Mmol 1,3-Propan-Sultone in ein 50 mL Runde untere Kolben hinzu und schließen Sie dann die Flasche mit einem gummiseptum.
  2. Fügen Sie langsam 7.625 Mmol 1-Methylimidazol in 7.625 Mmol 1,3-Propanesultone (10 min) bei 0 ° C mit einer Spritze (1 mL).
  3. Nach dem kompletten Zusatz von 1-Methylimidazol und 1,3-Propanesultone 15 mL trockener Toluol hinzufügen und die Mischung für 16 h b....

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Ergebnisse

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Die genaue Höhe der Pentosan und Lignin erholte sich von der Biomasse hängt vom Typ der Lignocellulose Biomasse. Ähnliche Arten von Lignozellulose Biomasse aus verschiedenen Orten gesammelt haben unterschiedlichen Konzentration von Pentosan und Lignin. In dieser Studie verwendete Jute-Biomasse enthält 20 wt% Pentosan und 14 wt% Lignin.

Abbildung 1 zeigt den Vergleich der katalytisc.......

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Diskussion

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Die Pentosan präsentieren in Jute-Biomasse-Umwandlung in C5 Zucker Monomere wird demonstriert mit verschiedenen Brønsted sauren Homogenkatalysatoren z. B. H2SO4, HCl und sauren IL. Darüber hinaus wurde das katalytische Ergebnis des sauren IL mit der IL ohne Säure (1-Butyl-3-Methylimidazolium-Chlorid) verglichen. Alle Reaktionen wurden in ein Parr Autoklaven bei 160 ° C im Wasser durchgeführt. Die Verwendung von sauren IL zeigte die höchste Pentosan-Konvertierung im Vergleich zu homogenen Säuren, die.......

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Offenlegungen

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Wir haben nichts zu veröffentlichen.

Danksagungen

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Wir möchte das Ministerium für Wissenschaft und Technologie (MOST) von Taiwan (104-2628-E-002-008-MY3; 105-2218-E-155-007; 105-2221-E-002-003-MY3; 105-2221-E-002-227-MY3; 105-2622-E-155-003-CC2) und das Streben nach oben Universitätsprojekt am National Taiwan Universität (105R7706) für die finanzielle Unterstützung. Wir sind dankbar für die Weltbank zur teilweisen Finanzierung dieser Arbeit durch ein Unterprojekt von Hochschulbildung Qualität Enhancement Project (HEQEP), komplette Vorschlag #2071. Diese Arbeit wurde teilweise auch von Universität von Wollongong AIIM (Gold Finanzierung) unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
1-MethylimidazolSigma AldrichM50834
1,3-PropansulfonSigma AldrichP50706Feuchtigkeitsempfindliches
p-NitroanilinSigma Aldrich185310
ToluolJ. T. Baker9460-03
SchwefelsäureHoneywell-Fluka30743Hochkorrosives
Salzsäure Säure Honeywell-Fluka30719Hochkorrosives
1-Butyl-3-methylimidazoliumchloridSigma Aldrich900856Hochhygroskopisch
D(+)-XyloseAcros Organics141001000
L(+)-ArabinoseAcros Organics104981000
UV-SpektrometerJASCOV-670
Parr ReaktorParr USASeriese 4560
Parr ReaktorreglerParrUSA Seriese 4848
Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie (HPLC)JASCOSeriese LC-2000
Digitales HeizplattenrührgerätThermo ScientificSP142020-33Q Cimarec
OfenofenThermal ScientificFB1400 Thermolyne Hochofen

Referenzen

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  1. Demirbaş, A. Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals. Energy Convers. Manage. 42 (11), 1357-1378 (2001).
  2. Matsagar, B. M., Dhepe, P. L. Brönsted acidic ionic liquid-catalyzed conversion of hemicellulose into sugars. Catal. Sci. Technol. 5 (1), 531-539 (2015).
  3. Matsagar, B. M., Dhepe, P. L. Eff....

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Nachdrucke und Genehmigungen

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Schlagwörter

C5 Zucker SyntheseIonische Fl ssigkeit SyntheseNMR SpektroskopieMessung der S urest rkethermische Stabilit thydrothermale Stabilit tHPLC Analyse

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