Name: Le prétraitement de la biomasse lignocellulosique avec les liquides ioniques à faible coût (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 42 s
Description: Découvrez le prétraitement de la biomasse lignocellulosique avec des liquides ioniques à faible coût pour isoler la cellulose et la lignine. Cette méthode permet d'obtenir des rendements élevés en glucose par saccharification enzymatique.

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Les auteurs reconnaissent l&#39;Institut Grantham pour le changement climatique et l&#39;environnement, Climate-KIC et EPSRC (EP / K038648 / 1 et EP / K014676 / 1) pour le financement et Pierre Bouvier pour fournir des données expérimentales pour prétraitements de pin.

Remarque: Les liquides ioniques protiques utilisés dans le procédé sont synthétisés dans notre laboratoire, bien que certains puissent être ou deviennent disponibles dans le commerce. Les liquides ioniques résultant sont acides et corrosifs et irritants probablement la peau / des yeux (en fonction de l&#39;amine utilisée), et doivent donc être manipulés avec soin de porter des EPI appropriés (blouse de laboratoire, caractéristiques de sécurité, des gants résistant). 1. Préparation <ol><li> La préparation et le stockage de la biomasse lignocellulosique <ol><li> Obtenir la biomasse lignocellulosique avant l&#39;expérience en quantité suffisante, par exemple de 100 g à 5 kg. Note: Chaque expérience nécessite au moins 3 g de biomasse (1 g chacun en triple). </li><li> Réduire la teneur en humidité, peu après la récolte et de stocker la biomasse sous forme séchée à l&#39;air dans le laboratoire. Air-sécher la biomasse par la propagation de la biomasse sur une table ou un banc et laisser pendant 2 semaines ou jusqu&#39;à ce qu&#39;il apparaisse sec. Déplacer et tourner la biomasse lors de tson temps pour accélérer le processus. Effectuer les expériences de fractionnement dans une année de récolte. Remarque: Directement après la récolte, la biomasse ligneuse peut contenir jusqu&#39;à 50% en poids d&#39;humidité, tandis que l&#39;air séché la biomasse, qui est plus stable, contient 5-12% en poids d&#39;humidité. </li><li> Broyer et tamiser la biomasse à une sélection gamme de taille des particules. Rangez la biomasse séchée dans des sacs en plastique ou autres récipients appropriés jusqu&#39;à l&#39;utilisation. Remarque: Pour les petits échantillons traités dans ce protocole, une taille de particule réduite est recommandée, par exemple 180-850 um. </li></ol></li><li> La détermination de la teneur en humidité de la biomasse (selon le protocole de NREL) 20 <ol><li> Pour déterminer la teneur en humidité de la biomasse, prépesée un morceau de feuille d&#39;aluminium (taille d&#39; environ 5 cm x 5 cm) sur une balance analytique et enregistrer le poids de la feuille (m feuille). Peser environ 100 mg de l&#39;air sec de la biomasse sur la feuille d&#39;aluminium et d&#39;enregistrer l&#39;exacte air-dripoids ed (m ADW). </li><li> Plier la feuille d&#39;aluminium pour faire un paquet et placer dans un four ventilé à 105 ° C pendant une nuit (au moins pendant 4 heures). </li><li> Prenez le paquet et placez - le immédiatement dans un dessiccateur pendant 5 minutes, puis peser le paquet immédiatement et enregistrer le poids exact du poids séché au four , plus une feuille (m ODW + feuille). Calculer la teneur en humidité (en%) de la biomasse BM mc selon l&#39;équation 1: <img alt="L&#39;équation 1" src="/files/ftp_upload/54246/54246eq1.jpg" /> Éq. 1 Où m + ODW feuille est le poids du sachet séché au four (biomasse séchées au four ainsi que la feuille), la feuille m est le poids de la feuille et ADW m est la masse séchée à l&#39;air de la biomasse. Tous les poids doivent être soit en g ou en mg. </li></ol></li><li> Synthèse du liquide ionique <ol><li> Dans une hotte ou une enceinte ventilée, peser 1 molede l&#39;amine (triéthylamine) dans un ballon à fond rond de 1 L avec une barre d&#39;agitation magnétique. Placer la fiole dans un bain de glace sur une plaque d&#39;agitateur magnétique. Ajouter 250 ml d&#39;une ampoule d&#39;addition immédiatement afin de minimiser l&#39;évaporation de l&#39;aminé. Remarque: Veiller à l&#39;acide correct: rapport de base est d&#39;une grande importance pour atteindre la reproductibilité des expériences de prétraitement. </li><li> Mesurer 1 mole d&#39;acide sulfurique, en utilisant une solution de concentration connue (dans cet exemple 5 mol / l) et un flacon volumétrique (200 ml). Transférer l&#39;acide sulfurique dans l&#39;entonnoir d&#39;addition et de rincer tout acide adhérant aux parois de la fiole jaugée dans l&#39;entonnoir d&#39;addition avec de l&#39;eau déminéralisée. </li><li> Ajouter goutte à goutte de l&#39;acide sulfurique à l&#39;aminé, tout en agitant vigoureusement. Assurez-vous que la solution ne chauffe pas, car cela conduirait à l&#39;ébullition de l&#39;amine et un rapport inexact de l&#39;acide à la base. Rincer l&#39;intérieur de l&#39;entonnoir d&#39;addition en utilisant de l&#39;eau déminéralisée pour assurer l&#39;acide est transféré quantitativement. Remarque: Grands lots de solution de liquide ionique peut être faite en augmentant la quantité d&#39;amine et d&#39;acide sulfurique, ainsi que le volume du ballon en conséquence. </li><li> S&#39;évaporer la majeure partie de l&#39;eau en utilisant un évaporateur rotatif. La teneur en eau doit être inférieure à la teneur en eau nécessaire pour le prétraitement. Remarque: Il est nécessaire de sécher complètement le liquide ionique. Il peut être avantageux de laisser un peu d&#39;eau dans le liquide ionique, comme des liquides ioniques séchées, y compris le sulfate de triéthylammonium d&#39;hydrogène, sont solides à la température ambiante. Un lyophilisateur peut également être utilisé pour abaisser la teneur en eau. </li></ol></li><li> La confirmation et l&#39; ajustement de la teneur en eau de la solution d&#39; IL Remarque: La teneur en eau est une variable expérimentale importante. Il existe trois sources que l&#39;eau contenue dans le mélange de pré-traitement peut provenir. Chacun d&#39;entre eux doivent être pris en compte: (1) l&#39;eau contenue dans la solution liquide ionique synthétisé ou acheté (2) l&#39;eau contenue dans til biomasse séchée à l&#39;air et (3) toute eau ajoutée avec une pipette pour obtenir la teneur en eau finale souhaitée. <ol><li> Déterminer la teneur en eau de la solution liquide ionique synthétisé ou acheté par titrage volumétrique Karl Fischer selon les instructions fournies par le fabricant du titreur. Ajouter quelques gouttes de l&#39;IL dans le titrateur à l&#39;aide d&#39;une seringue pré-pesé. Entrez le poids du liquide ajouté dans le titreur et attendre jusqu&#39;à ce que le titreur affiche une lecture. Notez la teneur en eau. </li><li> Décider d&#39;une teneur en eau pour le prétraitement de la biomasse. Dans cette expérience, utiliser 20% en poids. Réduire la teneur en eau de 5% en poids en dessous de la teneur en eau souhaitée à l&#39;aide d&#39;un évaporateur rotatif et confirmer le nouveau contenu de l&#39;eau par titrage Karl Fischer comme décrit dans 1.4.1. Nota: De bons résultats sont obtenus avec 20% en poids d&#39;eau; mais cela peut ne pas être toujours l&#39;optimum pour le prétraitement. Une teneur en eau plus élevée peut être choisie afin de réduire le coût du solvant ou à faible viscosité. </li></ol></li> &lt;li&gt; Les calculs pour l&#39;expérience. <ol><li> Décider de la quantité de liquide ionique solution de m sol, finale et un ratio BM biomasse à solvant / finale sol. Ici, en utilisant 10 g d&#39;une solution liquide ionique contenant 20% en poids d&#39;eau et un rapport de la biomasse en solvant de 01:10 g / g. Remarque: Les tubes utilisés dans ce protocole peut accueillir jusqu&#39;à 18 g de solution IL si la biomasse sur solvant est de 1:10 (poids / poids). Un ratio élevé de la biomasse à solvant (jusqu&#39;à 1: 2 ou même 1: 1) est favorable d&#39;un point de vue économique, mais pourrait compromettre l&#39;efficacité de prétraitement à petite échelle. </li><li> Déterminer la quantité de liquide ionique (exempt d&#39;eau) requis pour chaque échantillon selon l&#39;équation 2 suivante: <img alt="équation 2" src="/files/ftp_upload/54246/54246eq2.jpg" /> Éq. 2 Où m IL est la quantité requise de liquide ionique en grammes, m sol, final est la quantité désirée de solution liquide ionique en grammes, et dernier wc &lt;/ Sub&gt; est la teneur en eau souhaitée (en%) dans la solution de liquide ionique. </li><li> Ensuite, calculer la quantité de solution liquide ionique synthétisé ou acheté à ajouter dans chaque tube de pression selon l&#39;équation 3 suivante: <img alt="l&#39;équation 3" src="/files/ftp_upload/54246/54246eq3.jpg" /> Éq. 3 Où m sol est la quantité de solution à ajouter dans chaque tube de pression (en grammes), m IL est la quantité requise de liquide ionique (en grammes), et wc sol est la teneur en eau dans la solution liquide ionique (en%) tel que déterminé par titrage Karl Fischer. </li><li> Déterminer la quantité de biomasse (sur la base du poids séché au four) à ajouter à la solution de liquide ionique en utilisant l&#39;équation 4 ci-dessous. Dans cette expérience, utiliser 1 g de séché au four Miscanthus biomasse par tube de pression. <img alt="l&#39;équation 4" src="/files/ftp_upload/54246/54246eq4.jpg" /> Éq. 4 Où ODW est la quantité de biomasse à ajoutered dans chaque tube de pression (en grammes), m sol, finale est la quantité souhaitée de solution liquide ionique (en grammes) et BM / sol final est le rapport désiré de la solution de la biomasse en liquide ionique. </li><li> Déterminer le poids de la biomasse séchée à l&#39;air qui doit être ajouté dans le tube en utilisant l&#39;équation 5 suivante: <img alt="l&#39;équation 5" src="/files/ftp_upload/54246/54246eq5.jpg" /> Éq. 5 où ADW est le poids séché à l&#39;air de la biomasse à ajouter dans le tube (en grammes), est ODW poids de la biomasse nécessaire pour l&#39;expérience (déterminé 1.5.4 en grammes) séché au four et mc est la valeur BM déterminé à 1.2.3. </li><li> Calculer la quantité d&#39;eau doit être ajoutée à la pipette pour obtenir la teneur désirée en eau finale, selon l&#39;équation 6 suivante: <img alt="L&#39;équation 6" src="/files/ftp_upload/54246/54246eq6.jpg" /> Éq. 6 Où m d&#39; eau est la quantité deeau à ajouter, wc final est la teneur en eau désirée dans le mélange de pré - traitement (ici 20% en poids), m sol.final est la quantité de solvant (ici 10 g), mc BM est la teneur en humidité de la biomasse séchée à l&#39;air m BM est la quantité de biomasse séchée à l&#39;air doit être ajouté, wC sol est la teneur en eau de la solution liquide ionique synthétisé ou acheté, et m sol est la quantité de solution liquide ionique. </li></ol></li></ol> 2. Prétraitement Remarque: Le processus peut être interrompu à tout moment en laissant les échantillons à température ambiante (pendant quelques jours) ou dans le réfrigérateur (pour de plus longues périodes). <ol><li> Pré-peser trois tubes de 15 ml de pression avec des bouchons en téflon et anneaux en silicone O. Inspecter visuellement les tubes de pression pour assurer qu&#39;ils ont pas de fissures ou défauts. Note: les tubes de pression plus grands ajustés liquide et la biomasse plus ionique peuvent être utilisés si on le souhaite, bien que les résultats de prétraitement ne sera pasêtre directement comparables entre les échantillons traités dans différentes tailles de flacons. Nous recommandons l&#39;utilisation de bouchons avant-étanchéité pour une meilleure étanchéité. </li><li> Avec une pipette de 10 ml, ajouter la quantité requise de solution de liquide ionique dans le tube de pression permanente sur l&#39;échelle. Utilisez les anneaux de liège pour maintenir le tube debout. Enregistrer le poids de la solution de liquide ionique ajouté. Ajouter la quantité d&#39;eau nécessaire à la solution déterminée 1.5.6 à l&#39;aide d&#39;une pipette, en supposant que la densité de l&#39;eau à 1 g / ml. </li><li> Ajouter la quantité requise de lignocellulose séché à l&#39;air en plaçant un morceau de papier d&#39;aluminium (dimensions 3 cm x 8 cm) sur une balance, tarer la balance et peser la biomasse. Tarer la balance et ajouter la biomasse au tube. Placez la feuille vide de retour sur la balance et enregistrer la différence. Remarque: Alternativement, les bateaux de pesage antistatiques peuvent être utilisés. </li><li> Fermez le couvercle avec un bouchon en téflon avec joint torique en silicone. Vérifiez pour une bonne étanchéité sans trop serrer. Enregistrer le poids de la pdes tubes de ression contenant de la biomasse et le liquide ionique. Mélanger le contenu du tube à l&#39;aide d&#39;un agitateur à vortex jusqu&#39;à ce que la totalité de la biomasse est en contact avec le liquide ionique. Remarque: Tous les matériaux des joints toriques résistent en étant en contact avec des liquides ioniques à température élevée. Nous avons trouvé que le silicone fonctionne bien. </li><li> Placer les tubes de pression dans un four à circulation d&#39;air qui a été préchauffé à la température souhaitée. Par exemple, laisser les tubes pendant 8 heures à 120 ° C ou pendant 1 heure à 150 ° C. Remarque: Le temps et la température sont des variables expérimentales importantes. Autres temps - combinaisons de température peuvent être utilisés. </li><li> Retirer les flacons du four à l&#39;aide d&#39;un gant de four et les placer dans une hotte pour les laisser refroidir à température ambiante. Vérifiez le poids des flacons après refroidissement pour assurer sans eau échappé pendant la cuisson. </li></ol> 3. Pulp Wash <ol><li> Transférer le contenu de chaque tube dans un tube à centrifuger de 50 ml en utilisant 40 ml d&#39;absolue éthanol. Agiter le tube à l&#39;aide d&#39;un agitateur à vortex pendant 1 min pour bien mélanger et laisser le tube à la température ambiante pendant au moins 1 h. Remarque: La séparation peut aussi être réalisée en utilisant une filtration, cependant, moins de précision peut être observée pour la taille de l&#39;échantillon suggérée. </li><li> Agiter le tube à l&#39;aide d&#39;un agitateur à vortex pendant 30 secondes, puis centrifuger le tube pendant 50 min à 2000 x g. liquide séparé et solide par décantation soigneuse. Recueillir le liquide dans un endroit propre rond de 250 ml flacon à fond avec une barre d&#39;agitation. </li><li> Ajouter 40 ml d&#39;éthanol frais dans les 50 ml tube et répétez l&#39;étape 3.2 trois fois. <ol><li> Éliminer l&#39;éthanol à partir du liquide ionique en plaçant le ballon à fond des flacons sur un bloc chauffant. Connectez chacun d&#39;eux à une pompe à vide avec un piège à froid. Remplissez le piège de la glace sèche et régler le chauffage à 40 ° C. Allumez agitation et de la pompe. Remarque: Cette expérience utilise un évaporateur parallèle set-up fait maison basée sur une synthèse parallèle set-up. évaporateurs parallèles peuvent aussi être Purchased ready-made. En variante, un évaporateur rotatif, peut être utilisé. </li></ol></li></ol> 4. Soxhlet Extraction de Pulp <ol><li> Transférer la pâte lavée humide dans cosses de cellulose et étiqueter chaque virole en utilisant un crayon. </li><li> Remplir l&#39;éthanol 150 ml absolue dans un propre ballon de 250 ml avec une barre d&#39;agitation à fond rond. Insérez la cartouche contenant l&#39;échantillon dans un 40 ml extracteur Soxhlet, ajouter un condenseur et tout installer sur la station parallèle extracteur de travail relié à un refroidisseur à circulation. Remarque: Si l&#39;éthanol a été utilisé pour transférer la pâte à papier, ajouter que la différence à 150 ml dans le ballon à fond rond. </li><li> Lorsque tous les échantillons sont chargés, commencer l&#39;agitation, régler la température à 135 ° C et allumez le recirculateur (réglage de la température 18 ° C). Extraire les échantillons de pâte pendant 20 heures au total. </li><li> Eteignez le chauffage pour permettre au reflux à venir à une halte. Puis passer à la fois l&#39;agitation et refroidissement. Prenez les cosses de l&#39;extracteur Soxhleten utilisant des pinces et laisser le mouillé à sec de la pâte dans la nuit cartouche dans une hotte. </li><li> Ajouter le liquide provenant de l&#39;extraction Soxhlet au liquide de lavage de la biomasse et poursuivre l&#39;évaporation de l&#39;éthanol provenant du lavage de la biomasse à l&#39;évaporateur parallèle ou d&#39;un évaporateur rotatif à 40 ° C. </li><li> Transférer la pâte séchée à l&#39;air de la cartouche sur un morceau de papier d&#39;aluminium taré sur une balance analytique, enregistrer le poids séché à l&#39;air de la pâte extraite et le transférer dans un sac en plastique étiquetés. Essayez de récupérer tout sans raclage matériau virole sur le mur. </li><li> Déterminer la teneur en humidité de la pâte immédiatement pour calculer le rendement séché au four (comme indiqué précédemment à l&#39;étape 1.4). </li></ol> 5. lignine Isolation <ol><li> Quand tout l&#39;éthanol est évaporé, de précipiter la lignine en transférant le liquide ionique dans le ballon à fond rond dans un tube de centrifugation de 50 ml en utilisant 30 ml d&#39;eau. Mélanger la suspension et laisser reposer pendant au moins 1 h.Centrifuger pendant 20 min à 2000 x g, et on sépare la solution du solide par décantation. Remarque: Dans ce protocole, 3 équivalents d&#39;eau sont utilisés comme antisolvant. Moins antisolvant peut être utilisé, si désiré. Les lavages peuvent être collectés, l&#39;eau éliminée et le liquide ionique récupéré pour une utilisation répétée. </li><li> Ajouter 30 ml d&#39;eau distillée à la pastille de lignine à l&#39;intérieur du tube de centrifugation. Répéter le mélange, l&#39;incubation pendant 1 h, et la centrifugation. Répétez cette étape pour un total de 3 lavages de lignine. </li><li> Sécher la lignine à l&#39;intérieur du tube de centrifugation en utilisant un four à vide et un couvercle percé à 45 ° C pendant une nuit. Pour déterminer le rendement de la lignine, placez un morceau de papier d&#39;aluminium sur la balance, tarer le poids, ajouter la lignine du four et enregistrer le poids immédiatement. Transférer la lignine dans un flacon pour le stockage. </li></ol>

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<li>Brandt, A., Ray, M. J., To, T. Q., Leak, D. J., Murphy, R. J., Welton, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ionic+liquid+pretreatment+of+lignocellulosic+biomass+with+ionic+liquid-water+mixtures%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chem%22%5BJournal%5D)">Ionic liquid pretreatment of lignocellulosic biomass with ionic liquid-water mixtures.</a> Green Chem. 13 (9), 2489-2499 (2011).</li>
<li>Aver, K., Scortegagna, A., Fontana, R., Camassola, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Saccharification+of+ionic-liquid-pretreated+sugar+cane+bagasse+using+Penicillium+echinulatum+enzymes%5BTitle%5D)+AND+%22J+Taiwan+Inst+Chem+Eng%22%5BJournal%5D)">Saccharification of ionic-liquid-pretreated sugar cane bagasse using Penicillium echinulatum enzymes.</a> J Taiwan Inst Chem Eng. 45 (5), 2060-2067 (2014).</li>
<li>George, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+low-cost+ionic+liquids+for+lignocellulosic+biomass+pretreatment%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chem%22%5BJournal%5D)">Design of low-cost ionic liquids for lignocellulosic biomass pretreatment.</a> Green Chem. 17 (3), 1728(2015).</li>
<li>Verdía, P., Brandt, A., Hallett, J. P., Ray, M. J., Welton, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fractionation+of+lignocellulosic+biomass+with+the+ionic+liquid+1-butylimidazolium+hydrogen+sulfate%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chem%22%5BJournal%5D)">Fractionation of lignocellulosic biomass with the ionic liquid 1-butylimidazolium hydrogen sulfate.</a> Green Chem. 16 (3), 1617-1627 (2014).</li>
<li>Brandt, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ionic+liquid+pretreatment+of+lignocellulosic+biomass+with+ionic+liquid-water+mixtures%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chem%22%5BJournal%5D)">Ionic liquid pretreatment of lignocellulosic biomass with ionic liquid-water mixtures.</a> Green Chem. 13 (9), 2489-2499 (2011).</li>
</ol>

Les auteurs n&#39;ont rien à dévoiler.

La technique pour le fractionnement de la biomasse lignocellulosique présenté ici produit une pâte riche en cellulose et la lignine. La plupart des hémicelluloses sont dissous dans le liquide ionique et hydrolysé, mais non récupérés. Si les sucres hémicellulosiques sont désirés, une étape de pré-extraction d&#39;hémicellulose avant la délignification Ionosolv peut être nécessaire. Il a été jusqu&#39;ici impossible de fermer complètement l&#39;équilibre de masse pour la biomasse, car il est impossible d&#39;identifier et...

la demande d&#39;énergie de l&#39;humanité Réunion est durablement l&#39;un des plus grands défis que notre civilisation est confrontée. La consommation d&#39;énergie devrait doubler dans les 50 prochaines années, en mettant plus de pression sur les ressources en combustibles fossiles. 1 L&#39;accumulation de gaz à effet (GES) dans l&#39;atmosphère à travers répandue l&#39; utilisation de combustibles fossiles est particulièrement problématique, que le CO 2 généré par la combustion de combustibles fossiles est responsable de 50% de l&#39;effet de serre anthropique. 2 par conséquent, l&#39; application à grande échelle de technologies neutres renouvelables et de carbone est essentielle pour répondre aux besoins énergétiques et matériels accrus des générations futures. 1, 3 La biomasse végétale est la ressource renouvelable la plus polyvalent, car il peut être utilisé pour produire de la chaleur, l&#39;électricité, ainsi que des produits chimiques, des matériaux et des combustibles à base de carbone. Les principaux avantages de la biomasse lignocellulosique par rapport aux autres types de biomasse sont son abondance, le potentiel de rendements élevés pezone r de terre et souvent beaucoup plus de CO 2 économies d&#39;émissions, qui comprend une forte rétention du carbone dans le sol. 4, 5 autres avantages de l&#39; utilisation de la biomasse comprennent la disponibilité locale, faibles besoins en capitaux pour convertir la biomasse en énergie, et la prévention de l&#39; érosion des sols. 8 Les principaux producteurs de matières premières lignocellulosiques sont l&#39;industrie forestière et le secteur agricole, ainsi que la gestion des déchets municipaux. 6 production lignocellulose a le potentiel pour être étendu, avec un esprit de limiter la déforestation et à éviter le remplacement des cultures vivrières et des rejets de polluants potentiels. 7 pour la biomasse renouvelable pour devenir une source généralisée viable des carburants et des produits chimiques liquides pour le transport, le traitement doit devenir économiquement compétitive avec les technologies de conversion des combustibles fossiles. 9, 10 une clé pour y parvenir est d&#39;augmenter le rendement et la qualité des produits intermédiaires dérivés de la biomasse tout en réduisant coût. &lt;/ P&gt; La lignocellulose contient une forte proportion de sucres qui peuvent être convertis en carburants et produits chimiques via des conversions catalytiques et microbiennes. 11 Ces sucres sont présents dans la lignocellulose sous forme polymère que la cellulose et l&#39; hémicellulose. Ils peuvent être hydrolyses en glucose et autres sucres monomères et ensuite utilisés pour la production de bioéthanol et d&#39; autres produits chimiques bio-dérivés et les solvants. 12 Pour accéder aux sucres cellulosiques, le prétraitement de la biomasse est nécessaire grâce à des processus combinés physiques, chimiques, ou 4. Le prétraitement est sans doute l&#39;étape la plus coûteuse dans la valorisation de la biomasse lignocellulosique. D&#39;où la recherche de procédés de prétraitement améliorés est impératif. Diverses technologies de prétraitement sont disponibles. D&#39;un intérêt particulier sont celles qui séparent la lignine de la cellulose (prétraitement fractionative). La lignine, la troisième composante majeurelignocellulose, limite l&#39; accès des agents à la cellulose et de l&#39; hémicellulose en hydrolysant et réduit le rendement en sucre par tonne de charge d&#39; alimentation. 11 La lignine séparée peut être utilisée comme une bioraffinerie intermédiaire supplémentaire , si elle est isolée dans la qualité appropriée. 13 Un procédé fractionative est le procédé Kraft qui est le prétraitement la plus courante pour la production du papier / cellulose. Dans le procédé kraft, les copeaux de bois sont placés dans un mélange d&#39;hydroxyde de sodium et du sulfure de sodium et on chauffe à des températures élevées d&#39;environ 170 ° C sous une pression élevée. 14 Les réactions alcalines éliminent l&#39; hémicellulose et la lignine en brisant les polymères jusqu&#39;à fragments courts par l&#39; intermédiaire nucléophile et catalyse basique, et en dissolvant les fragments de lignine par l&#39; intermédiaire de-protonation des groupes hydroxyle / alcool phénoliques. Un autre procédé de délignification commun est le processus Organosolv qui fragmente également et dissout la lignine et l&#39;hémicellulose. Plutôt que d&#39;utiliser un Aqueo alcalinSolution nous, les solvants organiques tels que l&#39;éthanol et l&#39;acide acétique sont utilisés à des températures élevées comprises entre 160 à 200 ° C et des pressions de 5 à 30 bars. Organosolv prétraitement a certains avantages par rapport à la pâte kraft en ce qu&#39;il produit moins d&#39; air et de la pollution de l&#39; eau. 15 Les deux procédés possèdent des défis économiques, si elle est utilisée pour la production de produits chimiques et des carburants plutôt que de la cellulose. 16 Le prétraitement Ionosolv utilise des liquides ioniques, qui sont des sels qui ont des points de fusion inférieurs à 100 ° C et, en raison de leurs interactions coulombiennes puissants, des pressions de vapeur très faibles. 17 Ceci élimine la pollution de l&#39; air dans le processus de pré - traitement, et permet le traitement au niveau ou près de la pression atmosphérique. Alors que la plupart des ILs sont créés dans laborieuses, des synthèses multi-étapes, ILs protiques peuvent être synthétisés dans un procédé à une seule étape à partir de produits chimiques de base, ce qui les rend moins coûteux; on estime que certains ILs peuvent être produits à grande échelle en vrac pour uneprix de 1,24 $ par kg , ce qui est comparable aux solvants organiques courants tels que l&#39; acétone et le toluène. 18 La capacité de recycler et de réutiliser ces ILs personnalisables dans un processus qui fonctionne à des températures relativement faibles et des pressions en fait une alternative plus bénigne et un candidat économiquement attrayante pour bioraffinage. Ce protocole vidéo montre une version détaillée l&#39; échelle du laboratoire du processus Ionosolv pour la délignification de la biomasse lignocellulosique et de la saccharification enzymatique éventuelle de la pâte de cellulose riche ainsi que la récupération d&#39;une lignine sans odeur de haute pureté 19.

<table><tbody><tr><td colspan="4">IL synthesis</td></tr><tr><td>Flacon à fond rond, avec joint rectifié standard 24/29 NS, 1 000 ml</td><td>Lenz</td><td>3 0024 70</td><td>VWR Code produit 271-1309</td></tr><tr><td>Entonnoir d’addition de 250 ml, gradué, taille du joint 29/26, 0-4&nbsp ; mm Valve PTFE</td><td>GPE</td><td>CG-1714-16</td><td></td></tr><tr><td>Fiole de Dewar en forme de plat, SCH 31 CAL&nbsp ;</td><td>KGW-Isotherm</td><td>1197</td><td></td></tr><tr><td>Fiole jaugée, 200 ml</td><td>VWR</td><td>612-3745&nbsp ;</td><td></td></tr><tr><td>Anneaux en liège, pipettes pasteur et tétine, flacon de lavage à l’eau déminéralisée, grand barreau</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr> d’agitation magnétique <td colspan="4">Réduction de la taille de la biomasse</td></tr><tr><td>Heavy Duty Cutting Mill SM2000&nbsp ;</td><td>Retsch&nbsp ;</td><td>Discontinué Remplacé</td><td>par le broyeur à tronçonner SM 200 (20.728.0001)&nbsp ;</td></tr><tr><td>Tamis inférieurs (10 trous carrés en maille, pour la taille des particules < 2 mm)</td><td>Retsch&nbsp ;</td><td>03.647.0318</td><td>Partie du laminoir à tronçonner</td></tr><tr><td>Tamis analytique AS 200</td><td>Retsch&nbsp ;</td><td>30.018.0001</td><td>Partie de tamiseuse</td></tr><tr><td>Tamis d’essai 200 mm & Oslash ; x 50 mm hauteur ISO 3310/1 (180 &micro ; m)</td><td>Retsch&nbsp ;</td><td>60.131.000180</td><td>Partie de machine à tamiser</td></tr><tr><td>Tamis d’essai 200 mm & Oslash ; x 50 mm hauteur ISO 3310/1 (850 &micro ; m)</td><td>Retsch&nbsp ;</td><td>60.131.000850</td><td>Partie de machine à tamiser</td></tr><tr><td>Bac de collecte, acier inoxydable, 200&nbsp ; mm &Oslash ;, hauteur 50 mm</td><td>Retsch&nbsp ;</td><td>69.720.0050</td><td>Partie de la machine</td></tr><tr> à tamiser<td colspan="4">Évaporateur rotatif</td></tr><tr><td>Évaporateur rotatif (Rotavapor R-210)</td><td>Buchi&nbsp ;</td><td>Remplacé</td><td>par le bain-marie Rotavapor R-300</td></tr><tr><td>(Bain chauffant B-491)</td><td>Buchi&nbsp ;</td><td>48201</td><td>Partie de l’évaporateur rotatif</td></tr><tr><td>Recirculateur&nbsp ;</td><td>Julabo</td><td>F25</td><td>Partie de l’évaporateur rotatif</td></tr><tr><td>Pompe à vide (MPC 101 Z)</td><td>Ilmvac GmbH</td><td>412522</td><td>Partie de l’évaporateur rotatif</td></tr><tr><td>Régulateur de vide (Boîtier de commande du vide VCB 521)</td><td>Ilmvac GmbH</td><td>600053</td><td>Partie de l’évaporateur</td></tr><tr> rotatif<td colspan="4">Évaporateur parallèle</td></tr><tr><td>StarFish Base Plate 135&nbsp ; mm (pour Radleys & IKA)</td><td>Radleys</td><td>RR95010</td><td>Partie d’un évaporateur parallèle</td></tr><tr><td>Monobloc pour 5 x 250&nbsp ; ml Flacons</td><td>Radleys</td><td>RR95130&nbsp ;</td><td>Partie de l’évaporateur parallèle</td></tr><tr><td>Pince télescopique à 5 voies avec velcro</td><td>Radleys</td><td>RR95400</td><td>Partie d’un collecteur de gaz/vide d’évaporateur parallèle</td></tr><tr><td>avec connecteurs</td><td>Radleys</td><td>RR95510&nbsp ;</td><td>Partie de l’évaporateur parallèle</td></tr><tr><td>650&nbsp ; mm Rod</td><td>Radleys</td><td>RR95665&nbsp ;</td><td>Partie de l’évaporateur parallèle</td></tr><tr><td>Mâle à dégagement rapide, R/A Barbed 6.4&nbsp ; mm + Coupure (3,2&nbsp ; mm ID)</td><td>Radleys</td><td>RR95520</td><td>Partie de l’évaporateur parallèle</td></tr><tr><td>Agitateur/plaque chauffante</td><td>Radleys</td><td>RR98072</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Régulateur de température</td><td>Radleys</td><td>RR98073</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Barre d’agitation elliptique 15&nbsp ; mm Terres rares</td><td>Radleys</td><td>RR98097&nbsp ;</td><td>Partie de l’évaporateur parallèle</td></tr><tr><td>Piège à froid sous vide, revêtement en plastique, robinet d’arrêt en PTFE</td><td>Chemglass</td><td>CG-4519-01</td><td>Partie de l’évaporateur parallèle</td></tr><tr><td>Pompe à vide (MPC 101 Z)</td><td>Ilmvac GmbH</td><td>412522</td><td>Partie de l’évaporateur parallèle</td></tr><tr><td>Tube Tygon E-3603, 6.40&nbsp ; mm (interne) 12,80&nbsp ; mm (externe)</td><td>Saint-Gobain/VWR</td><td>228-1292&nbsp ;</td><td>Partie de l’évaporateur parallèle</td></tr><tr><td colspan="4">Extracteur Soxhlet parallèle</td></tr><tr><td>StarFish Base Plate 135&nbsp ; mm (pour Radleys & IKA)</td><td>Radleys</td><td>RR95010&nbsp ;</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Monobloc pour 5 x 250&nbsp ; ml Flacons</td><td>Radleys</td><td>RR95130&nbsp ;</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Pince télescopique à 5 voies avec velcro</td><td>Radleys</td><td>RR95400&nbsp ;</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Pince télescopique à 5 voies avec sangle en silicone et poignée longue</td><td>Radleys</td><td>RR95410&nbsp ;</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Collecteur d’eau avec connecteurs</td><td>Radleys</td><td>RR95500&nbsp ;</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>650&nbsp ; mm Rod</td><td>Radleys</td><td>RR95665&nbsp ;</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Mâle à dégagement rapide, R/A Barbed 6.4&nbsp ; mm + Coupure (3,2&nbsp ; mm ID)</td><td>Radleys</td><td>RR95520&nbsp ;</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Condenseurs à serpentin avec joints rectifiés standard 29/32 NS</td><td>Lenz</td><td>5.2503.04&nbsp ;</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Extracteur Soxhlet 40&nbsp ; ml verre borosilicaté 29/32 douille 24/29 cône</td><td>Quickfit</td><td>EX5/43&nbsp ;</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Agitateur/plaque</td><td>chauffante Radleys</td><td>RR98072</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Régulateur</td><td>de température Radleys</td><td>RR98073</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Recirculateur</td><td>Grant</td><td>LTC1</td><td>Partie de l’extracteur soxhlet</td></tr><tr><td>Cosse d’extraction de cellulose</td><td>Whatman</td><td>2280-228</td><td></td></tr><tr><td>Pince à épiler</td><td>Excelta</td><td>20A-S-SE</td><td></td></tr><<tr>td colspan="4">Four de séchage sous vide</td></tr><tr><td>Four de séchage sous vide</td><td>Binder</td><td>VD 23</td><td>Partie de l’étuve sous vide</td></tr><tr><td>Dewar vessel 2&nbsp ; L 100&nbsp ; x&nbsp ; 290&nbsp ; mm avec poignée</td><td>KGW-Isotherm</td><td>10613</td><td>Partie du four à vide</td></tr><tr><td>Piège à vide</td><td>GPE</td><td>CG-4532-01&nbsp ;</td><td>Partie du four à vide</td></tr><tr><td colspan="4">Autre équipement</td></tr><tr><td>Balance analytique</td><td>A& D</td><td>GH-252</td><td>précision jusqu’à &plusmn ; 0,1 mg</td></tr><tr><td>Titrateur Karl Fischer volumétrique</td><td>Mettler Toledo</td><td>V20</td><td></td></tr><tr><td>Pipette jetable de 10 ml</td><td>Corning Inc</td><td>Costar 4101 10 mL Stripette</td><td></td></tr><tr><td>Eppendorf Research plus pipette, volume variable, volume 100-1 000&nbsp ; &mu ; l</td><td>Eppendorf</td><td>3120000062</td><td></td></tr><tr><td>Dessiccateur</td><td>Jencons</td><td>JENC250-028BOM</td><td></td></tr><tr><td>Type de bague de tube de force Ace, Joint avant, volume 15&nbsp ; ml</td><td>Verre Ace</td><td>8648-04&nbsp ;</td><td></td></tr><tr><td>Joints toriques Ace, silicone, 2,6&nbsp ; mm, D.I. 9,2&nbsp ; mm&nbsp ;</td><td>Ace Glass</td><td>7855216</td><td>Joint torique pour tube de force</td></tr><tr><td>Vortex</td><td>shaker VWR International</td><td>444-1378 (UK)</td><td></td></tr><tr><td>Four à convection ventilée</td><td>ThermoScientific</td><td>HeraTherm OMH60</td><td></td></tr><tr><td>Gant de four (Crusader Flex)</td><td>Ansel Edmont</td><td>42-325</td><td></td></tr><tr><td>250 ml Flacon à fond rond à col simple joint rectifié 24/29 (Pyrex)</td><td>Quickfit ;</td><td>FR250/3S</td><td></td></tr><tr><td>Adaptateur de robinet d’arrêt Rotaflo avec cône 24/29</td><td>Rotaflo England</td><td>MF11/2/SC</td><td></td></tr><tr><td>50 ml Falcon Tube</td><td>Heraeus/Kendro</td><td>HERA 76002844</td><td></td></tr><tr><td>Centrifugeuse (Mega Star 3.0)</td><td>VWR&nbsp ;</td><td>521-1751</td><td></td></tr><tr><td colspan="4"><fort>réactifs</fort></td></tr><tr><td>éthanol</td><td>absolu VWR</td><td>20820.464</td><td></td></tr><tr><td>Triéthylamine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T0886</td><td></td></tr><tr><td>Acide sulfurique 5 mol/L (10&nbsp ; n) AVS TITRINORM solution volumétrique Bouteille de rupture de coffre-fort 2,5&nbsp ; L</td><td>VWR</td><td>191665V</td><td></td></tr><tr><td>Eau purifiée (15 M&Omega ; réserve)</td><td>Elga</td><td>CENTRA R200</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Lignocellulosic biomass</td></tr><tr><td>Miscanthus X gigantheus</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pinus sylvestris</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

le prétraitement de la biomasse lignocellulosique avec les liquides ioniques à faible coût

Pretreatment of Lignocellulosic Biomass with Low-cost Ionic Liquids

Un certain nombre de liquides ioniques (IL) dont les coûts de production sont économiquement attractifs ont récemment suscité un intérêt croissant en tant que milieux de délignification d’une variété de matières premières lignocellulosiques. Ici, nous démontrons l’utilisation de ces IL protiques à faible coût dans la déconstruction de la biomasse lignocellulosique (prétraitement Ionosolv), produisant de la cellulose et une lignine purifiée. Dans le processus le plus générique, le liquide ionique protique est synthétisé par une combinaison précise d’acide aqueux et d’amine base. La teneur en eau est ajustée par la suite. Pour la délignification, la biomasse est placée dans un récipient avec une solution d’IL à des températures élevées pour dissoudre la lignine et l’hémicellulose, laissant une pulpe riche en cellulose prête pour la saccharification (hydrolyse en sucres fermentescibles). La lignine est ensuite précipitée de l’IL par l’ajout d’eau et récupérée sous forme solide. L’élimination de l’eau ajoutée régénère le liquide ionique, qui peut être réutilisé plusieurs fois. Ce protocole est utile pour étudier le potentiel important des IL protiques pour une utilisation dans le prétraitement commercial de la biomasse et le fractionnement de la lignine pour la production de biocarburants ou de produits chimiques et de matériaux renouvelables.

La quantité exacte d&#39;élimination de la lignine et de la lignine précipitation, récupérer la pâte et le rendement du glucose dépendent du type de biomasse utilisée, la température à laquelle le traitement est exécuté et la durée du traitement. temps de prétraitement courts et des températures basses conduisent à un prétraitement incomplète tandis qu&#39;à des températures plus élevées de la cellulose devient instable dans le liquide ionique, conduisant à l&#39;hydrolyse et à la dégrad...

Le prétraitement de la biomasse lignocellulosique avec des liquides ioniques protiques à faible coût est mis en évidence, ce qui permet d’obtenir une pulpe riche en cellulose délignifiée et une lignine purifiée. La pulpe donne lieu à des rendements élevés en glucose après saccharification enzymatique.

Le prétraitement de la biomasse lignocellulosique avec les liquides ioniques à faible coût

A number of ionic liquids (ILs) with economically attractive production costs have recently received growing interest as media for the delignification of ...

L'objectif général de cette méthode expérimentale est d'utiliser des liquides ioniques peu coûteux pour isoler la lignine et la cellulose à partir de biomasse lignocellulosique et de comprendre les facteurs influant sur la séparation et l'isolement de ces biopolymères. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la bioraffinerie, telles que la manière d'isoler la cellulose et une lignine nouvelle à l'aide de liquides ioniques peu coûteux. Notre technique exploite les propriétés solvantes uniques des liquides ioniques, mais notre avantage réside dans le fait que ces liquides ioniques peuvent être facilement synthétisés à partir de matières premières peu coûteuses.La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle, car de nombreuses étapes sont beaucoup plus faciles à apprendre et à exécuter une fois qu’on les a vues, plutôt que de lire une description longue d’une page. Cette procédure sera démontrée par Florence, Clem, Wei-Chien et Lisa. Tous sont des étudiants diplômés dans mon laboratoire.Déterminez la teneur en eau de la solution de liquide ionique synthétisée ou achetée par titrage volumétrique de Karl Fischer, conformément aux instructio

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