Extracción de la lignina con alto contenido de β-O-4 por la extracción de etanol suave y su efecto sobre el rendimiento de despolimerización

Este método responde a algunas preguntas clave en el campo de la utilización de recursos de renovación sobre la lignina, un componente clave de la biomasa lignocelulósica. La principal ventaja de esta técnica es que permite obtener lignina de buena calidad estructural de diferentes fuentes de biomasa. Esta metodología observada se dirige específicamente a la vinculación beta 04.

Al mismo tiempo, evita que se realicen procesos de recondensación. Esto es muy importante, ya que evita la formación de carbón. Mediante este método, se pueden establecer relaciones entre el procedimiento de extracción de lignina y la eficiencia de despolimerización.

Generalmente, cualquiera de nosotros nuevo en estos métodos, luchamos con los procedimientos de entrenamiento, así como el análisis de las cuatro ligninas, y la mezcla de productos de despolimerización. Para producir cáscaras de nogal cortadas, equipe un cortador de martillo con un siv de cinco milímetros en la salida, y alimente las cáscaras de nogal en el cortador de martillo, recogiendo las cáscaras fracturadas en un vaso de precipitados de vidrio de un litro. Para producir los pequeños fragmentos de cáscara de nogal necesarios para el fresado, alimente las conchas fracturadas en un cortador de micro martillo equipado con un siv de 2 milímetros en la salida, recogiendo las cáscaras de tierra en un nuevo vaso de precipitados de vidrio de un litro.

Para eliminar los extractos de las cáscaras de nogal molido, agregue 150 gramos de la muestra de la cáscara en un matraz inferior redondo de 500 milímetros que contenga una barra de agitación, y agregue 200 mililitros de tolueno al matraz. Fije un condensador reflejo al matraz y caliente la mezcla a una temperatura de reflujo de 111 grados centígrados en un baño de aceite con agitación vigorosa. Después de dos horas, retire el matraz del baño para permitir que la mezcla se enfríe a temperatura ambiente, y colar la mezcla a través de un filtro de 185 milímetros de diámetro, de diez micrómetros de tamaño de poro para eliminar el tolueno.

Después de calentar durante la noche en un horno de vacío a 80 grados centígrados y 50 milibares de presión, agregue 40 gramos de partículas de cáscara de nogal tratadas con tolueno a un recipiente de molienda de dióxido de circonio de 250 mililitros que contenga siete bolas de molienda de dióxido de circonio de 20 milímetros de diámetro. 60 milímetros de isopropanol se añade al recipiente de molienda. Coloque el recipiente de molienda en el molino de tazón rotativo.

Moler las partículas de la cáscara en cuatro ciclos de dos minutos de molienda a 27 veces g seguido de cuatro minutos de descanso por ciclo. Después del cuarto ciclo de molienda, transfiera las cáscaras de nogal finamente molidas a un matraz de fondo redondo de 500 mililitros y retire el isopropanol por evaporación rotativa a 40 grados centígrados y 125 milibares de presión. Luego seque las cáscaras de nuez en un horno de vacío durante la noche a 50 grados centígrados y 50 milibares de presión.

Para obtener lignina etanoxólv con el contenido beta 04 más alto, añada 25 gramos de materia prima en un nuevo matraz de fondo redondo de 500 mililitros y añada 200 mililitros de una solución de 80 a 20 etanol a agua, cuatro mililitros de solución de clorhidrato al 37% y una barra de agitación magnética al matraz. Fije un condensador de reflujo al matraz y caliente la mezcla en un baño de aceite a 80 grados centígrados durante cinco horas con agitación vigorosa. Después de que la mezcla se haya enfriado a temperatura ambiente, filtre la solución a través de un colador de 185 milímetros de diámetro de diez micrómetros de tamaño de poro en un nuevo matraz inferior redondo de 500 mililitros, lavando el residuo cuatro veces con 25 mililitros de etanol por lavado.

Concentrar el licor recogido por evaporación rotativa a 40 grados centígrados y 150 milibares de presión, seguido de la disolución del sólido obtenido en 30 mililitros de acetona. Para precipitar la lignina, añadir la mezcla a 600 mililitros de agua y recoger la lignina precipitada en un 185 milímetros de diámetro, ten cmómetro de poro tamaño colador, lavar la lignina cuatro veces con 25 mililitros de agua por lavado. Airear la lignina durante la noche a temperatura ambiente en el filtro, seguido de secado durante la noche en un horno de vacío a 50 grados centígrados y 50 milibares de presión en un vial de vidrio.

A continuación, determine el rendimiento de la lignina extraída en un equilibrio. Para el análisis de la estructura de lignina por resonancia magnética nuclear bidimensional o análisis de RMN, disolver 60 miligramos de lignina seca en 0,7 mililitros de acetona deuterated, y añadir esta mezcla a un tubo de RMN. Agregue este tubo de RMN a un espectrofotómetro de RMN y establezca los parámetros deseados para obtener un espectro de coherencia cuántica única heteronuclear de protones 2D adecuado.

Para la despolimerización de lignina, agregue 50 miligramos de lignina seca en un vial de reacción microondas de 20 mililitros equipado con un agitador magnético y agregue 0,85 mililitros de 1, 4 dioxano, 50 microlitros de etilenglicol en 1, 4 dioxano y 50 microlitros de octadecana en 1, 4 dioxano al vial de vialano. Después de cerrar el recipiente, calentar la solución a 140 grados centígrados con agitación. Cuando el recipiente de reacción alcance la temperatura objetivo, añada 50 microlitros de hierro tres trifluorometanosulfato en 1, 4 dioxano al recipiente, y remueva la reacción durante 15 minutos adicionales.

Después de enfriar la reacción a la temperatura ambiente, filtre el líquido sobre el celita en un tubo centrífugo de dos mililitros. Luego concentra el líquido recolectado durante la noche a 35 grados centígrados en un concentrador de vacío rotacional. Para extraer los productos de bajo peso molecular, suspenda y hinche el residuo en 0,15 mililitros de diclorometano por vórtice, 15 minutos de sonicación y 30 minutos en una rueda automática.

Para realizar una extracción eficiente del monómero, es fundamental en qué hinchar adecuadamente el aceite obtenido en el clorometano. Entonces es importante añadir la cantidad correcta de tolueno con el fin de precipitar selectivamente los oligómeros inferiores. Precipitar los oligómeros con 0,75 mililitros de tolueno seguido de vórtice y diez minutos de sonicación.

Centrifugar las muestras durante diez segundos a 5000 RPM y separar el líquido orgánico ligero del residuo aceitoso sólido y filtrar el líquido sobre un tapón de celita en un vial de vidrio. A continuación, concentrar las fases orgánicas por evaporación rotativa a 40 grados centígrados y 20 milibares de presión. Y disolver el residuo aceitoso en un mililitro de diclorometano para su análisis por cromatografía de gases.

Las ligninas obtenidas después de cada extracción exhiben una amplia gama de colores y tamaños de partículas, con los polímeros obtenidos de tratamientos suaves que demuestran un color típicamente rojo-rosa y pequeñas escamas de material. Cuando se aplican condiciones más duras, las ligninas obtenidas exhiben un color marrón a marrón-amarillo, con un aumento general en el rendimiento del material, un efecto que fue mucho más profundo para las maderas de nogal, haya y cedro, en comparación con la madera de pino. El análisis de RMN de las diferentes ligninas determina la relación SGH y la cantidad de enlaces de los polímeros extraídos, específicamente la cantidad de enlaces beta 04.

Por ejemplo, las ligninas extraídas en condiciones más leves suelen dar mayores cantidades de vínculos. Las reacciones de acetólisis con hierro tres trifluorometanosulfato en presencia de etilenglicol producen tres acetales fenólicos diferentes que se relacionan con las unidades S, G y H presentes dentro de las ligninas, con mayores rendimientos acetales fenólicos combinados observados para ligninas extraídas en condiciones leves. Una tendencia clara es visible cuando se considera el contenido total de beta 04 en el que el contenido beta 04 más alto generalmente resulta en un mayor rendimiento acetal.

Cuando se combinan el rendimiento de extracción de lignina y el rendimiento posterior de despolimerización, se obtiene un rendimiento acetal global de la fuente de biomasa que muestra claras diferencias entre las diferentes fuentes de biomasa. Durante la realización de extracciones de lignina, es importante equilibrar el rendimiento de extracción con la calidad estructural de la lignina obtenida. Por lo tanto, si sigue el método de despolimerización notificado, puede obtener aromáticos de valor añadido en alta selectividad.

Estas técnicas ayudarán a otros investigadores a obtener acceso a productos de valor añadido a partir de la fracción de lignina de la biomasa celulósica de lignina en buenos rendimientos.