Viene mostrato il pretrattamento della biomassa lignocellulosica con liquidi ionici protici a basso costo, ottenendo una polpa ricca di cellulosa delignificata e una lignina purificata. La polpa dà origine ad elevate rese di glucosio dopo la saccarificazione enzimatica.
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Articolo metodologico
Il pretrattamento di lignocellulosica biomassa con basso costo Liquidi Ionici
In questo articolo
Sommario
Abstract
Un certo numero di liquidi ionici (IL) con costi di produzione economicamente interessanti hanno recentemente ricevuto un crescente interesse come mezzi per la delignificazione di una varietà di materie prime lignocellulosiche. Qui dimostriamo l'uso di questi ILs protici a basso costo nella decostruzione della biomassa lignocellulosica (pretrattamento Ionosolv), producendo cellulosa e lignina purificata. Nel processo più generico, il liquido ionico protico viene sintetizzato mediante un'accurata combinazione di acido acquoso e base amminica. Il contenuto d'acqua viene regolato successivamente. Per la delignificazione, la biomassa viene posta in un recipiente con soluzione di IL a temperature elevate per sciogliere la lignina e l'emicellulosa, lasciando una polpa ricca di cellulosa pronta per la saccarificazione (idrolisi a zuccheri fermentabili). La lignina viene successivamente precipitata dall'IL mediante l'aggiunta di acqua e recuperata come solido. La rimozione dell'acqua aggiunta rigenera il liquido ionico, che può essere riutilizzato più volte. Questo protocollo è utile per studiare il potenziale significativo degli IL protici per l'uso nel pretrattamento commerciale della biomassa/frazionamento della lignina per la produzione di biocarburanti o di sostanze chimiche e materiali rinnovabili.
Introduzione
la domanda di energia dell'umanità riunioni in modo sostenibile è una delle più grandi sfide che la nostra civiltà deve affrontare. Il consumo di energia è previsto a raddoppiare nei prossimi 50 anni, mettendo maggiore pressione sulle risorse di combustibili fossili. 1 L'accumulo di gas ad effetto serra (GHG) nell'atmosfera attraverso l'uso di combustibili fossili diffuso è particolarmente problematico, come CO 2 generata dalla combustione di combustibili fossili è responsabile del 50% dell'effetto serra di origine antropica. 2 Pertanto, applicazione su vasta scala di tecnologie neutrali rinnovabili e di carbonio è....
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Protocollo
Nota: I liquidi ionici protici utilizzati nel processo sono sintetizzati nel nostro laboratorio, anche se alcuni potrebbero essere o diventare disponibile in commercio. I liquidi ionici risultanti sono acide e corrosive e probabilmente irritanti per la pelle / occhi (a seconda della ammina utilizzata), e devono quindi essere maneggiati con cura indossare DPI adeguati (camice, occhiali di sicurezza, guanti resistenti).
1. Preparazione
- Preparazione e conservazione della biomassa lignocellulosica
- Ottenere la biomassa lignocellulosica prima dell'esperimento in quantità sufficiente, ad esempio 100 g fin....
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Risultati
La quantità esatta di rimozione lignina e lignina precipitazioni, recuperato polpa e rendimento glucosio dipendono dal tipo di biomassa utilizzata, la temperatura alla quale viene eseguito il trattamento e la durata del trattamento. tempi di pretrattamento brevi e basse temperature portano a pretrattamento incomplete, mentre a temperature superiori la cellulosa diventa instabile nel liquido ionico, portando ad idrolisi e la degradazione. Il liquido ionico selezionato gioca un ruolo impor.......
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Discussione
La tecnica per frazionamento di biomassa lignocellulosica qui presentato produce una polpa ricca di cellulosa e un lignina. La maggior parte delle emicellulose vengono disciolti nel liquido ionico e idrolizzato, ma non recuperato. Se gli zuccheri emicellulosa sono desiderati, può essere necessaria una fase di pre-emicellulosa di estrazione prima della delignificazione Ionosolv. Esso è stato finora possibile chiudere completamente il bilancio di massa per la biomassa, in quanto non è possibile identificare e quantificare.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Gli autori riconoscono l'Istituto Grantham per i cambiamenti climatici e l'ambiente, il clima-KIC e EPSRC (EP / K038648 / 1 e PE / K014676 / 1) per il finanziamento e Pierre Bouvier per la fornitura di dati sperimentali per pretrattamenti di pino.
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Materiali
Forno di essiccazione sottovuoto
Pallone tarato , magentica rotante RR95010 RR95520 RR98072 <td colspan="4">
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| IL synthesis | |||
| Flacone a fondo tondo, con giunto rettificato standard 24/29 NS, 1.000 ml | Lenz | 3 0024 70 | VWR codice prodotto 271-1309 |
| 250 ml Imbuto di addizione, graduato, 29/26 Dimensione del giunto, 0-4 mm PTFE Valvola | GPE | CG-1714-16 | |
| Pallone dewar a forma di piatto, SCH 31 CAL | KGW-Isotherm | 1197 | |
| 200 ml | VWR | 612-3745 | |
| Anelli di sughero, pipette e teet pasteur, bottiglia di lavaggio con acqua deionizzata, grande ancoretta | |||
| Riduzione delle dimensioni della biomassa | |||
| Heavy Duty Cutting Mill SM2000 | Retsch | Fuori produzione | Sostituito con un mulino a taglienti SM 200 (20.728.0001) |
| Setacci inferiori (10 fori quadrati a maglie, per granulometria < 2 mm) | Retsch | 03.647.0318 | Parte del mulino a taglienti |
| Setacciatore analitico AS 200 | Retsch | 30.018.0001 | Parte della setacciatrice |
| Setaccio di prova 200 mm Ø x 50 mm altezza ISO 3310/1 (180 µ m) | Retsch | 60.131.000180 | Parte della setacciatrice |
| Setaccio di prova 200 mm Ø x 50 mm altezza ISO 3310/1 (850 µ m) | Retsch | 60.131.000850 | Parte della vagliatrice |
| Vasca di raccolta, acciaio inox, 200 mm Ø, altezza 50 mm | Retsch | 69.720.0050 | Parte della setacciatrice |
| Evaporatore rotante | |||
| Evaporatore rotante (Rotavapor R-210) | Buchi | Fuori produzione | Sostituito con Rotavapor R-300 |
| Bagnomaria (Bagno di riscaldamento B-491) | Buchi | 48201 | Parte del ricircolo dell'evaporatore rotante |
| Julabo | F25 | Parte dell'evaporatore rotante Pompa del | |
| vuoto (MPC 101 Z) | Ilmvac GmbH | 412522 | Parte dell'evaporatore rotante Regolatore del |
| vuoto (Scatola di controllo del vuoto VCB 521) | Ilmvac GmbH | 600053 | Parte dell'evaporatore |
| Evaporatore parallelo | |||
| Piastra di base StarFish 135 mm (per Radleys & IKA) | Radleys | Parte dell'evaporatore parallelo | |
| Monoblocco per 5 x 250 ml Fiasche | Radleys | RR95130 | Parte dell'evaporatore parallelo |
| Morsetto telescopico a 5 vie con Velcro | Radleys | RR95400 | Parte dell'evaporatore parallelo |
| Collettore gas/vuoto con connettori | Radleys | RR95510 | Parte dell'evaporatore parallelo |
| 650 mm Asta | Radleys | RR95665 | Parte dell'evaporatore parallelo |
| Maschio a sgancio rapido, R/A spinato 6.4 mm + Chiusura (3,2 mm ID) | Radleys | Parte dell'evaporatore parallelo | |
| Agitatore/piastra | riscaldante Radleys | RR98072 | Parte dell'estrattore soxhlet Regolatore di |
| temperatura | Radleys | RR98073 | Parte dell'estrattore soxhlet |
| Barra di agitazione ellittica 15 mm Radley di terre rare | RR98097 | Parte dell'evaporatore parallelo | |
| Trappola fredda a vuoto, rivestita in plastica, rubinetto in PTFE | Chemglass | CG-4519-01 | Parte dell'evaporatore parallelo |
| Pompa del vuoto (MPC 101 Z) | Ilmvac GmbH | 412522 | Parte dell'evaporatore parallelo |
| Tygon tubing E-3603, 6.40 mm (interno) 12,80 mm (esterno) | Saint-Gobain/VWR | 228-1292 | Parte dell'evaporatore parallelo |
| Estrattore Soxhlet parallelo | |||
| Piastra di base StarFish 135 mm (per Radleys & IKA) | Radleys | RR95010 | Parte dell'estrattore soxhlet |
| Monoblocco per 5 x 250 ml Fiasche | Radleys | RR95130 | Parte dell'estrattore soxhlet |
| Morsetto telescopico a 5 vie con Velcro | Radleys | RR95400 | Parte dell'estrattore soxhlet |
| Morsetto telescopico a 5 vie con cinturino in silicone e manico lungo | Radleys | RR95410 | Parte dell'estrattore soxhlet |
| Collettore acqua con connettori | Radleys | RR95500 | Parte dell'estrattore soxhlet |
| 650 mm Asta | Radleys | RR95665 | Parte dell'estrattore soxhlet |
| Maschio a sgancio rapido, R/A spinato 6.4 mm + Chiusura (3,2 mm ID) | Radleys | RR95520 | Parte dell'estrattore soxhlet |
| Condensatori a batteria con giunti rettificati standard 29/32 NS | Lenz | 5.2503.04 | Parte dell'estrattore soxhlet |
| Estrattore Soxhlet 40 ml in vetro borosilicato 29/32 presa 24/29 cono | Quickfit | EX5/43 | Parte dell'estrattore soxhlet |
| Agitatore/piastra riscaldante | Radleys | Parte dell'estrattore soxhlet Regolatore di | |
| temperatura | Radleys | RR98073 | Parte dell'estrattore soxhlet |
| Ricircolatore | Grant | LTC1 | Parte dell'estrattore soxhlet |
| Ditale di estrazione della cellulosa | Whatman | 2280-228 | |
| Pinzette | Excelta | 20A-S-SE | |
| Forno di essiccazione sottovuoto | Binder | VD 23 | Parte del forno sottovuoto |
| Dewar vessel 2 L 100 x 290 mm con maniglia | KGW-Isotherm | 10613 | Parte del forno a vuoto |
| Trappola a vuoto | GPE | CG-4532-01 | Parte del forno sottovuoto |
| Altre apparecchiature | |||
| Bilancia analitica | A& D | Precisione GH-252 | fino a ± 0,1 mg |
| Titolatore volumetrico Karl Fischer | Mettler Toledo | V20 | |
| Pipetta monouso da 10 ml | Corning Inc | Costar 4101 Stripette da 10 mL Pipetta | |
| Eppendorf Research plus, volume variabile, volume 100-1.000 μ l | Eppendorf | 3120000062 | |
| Essiccatore | Jencons | JENC250-028BOM | |
| Ace boccola per tubo di pressione, guarnizione frontale, volume 15 ml | Bicchiere Ace | 8648-04 | |
| O-ring Ace, silicone, 2,6 mm, D.I. 9.2 mm | Ace Glass | 7855216 | O-ring per tubo a pressione |
| Agitatore a vortice | VWR International | 444-1378 (UK) | |
| Forno a convezione ventilata | ThermoScientific | HeraTherm OMH60 | |
| Guanto da forno (Crusader Flex) | Ansel Edmont | 42-325 | |
| 250 ml Pallone a fondo tondo a collo singolo giunto rettificato 24/29 (Pyrex) | Quickfit | FR250/3S | |
| Adattatore rubinetto Rotaflo con cono 24/29 | Rotaflo England | MF11/2/SC | |
| 50 ml Tubo Falcon | Heraeus/Kendro | HERA 76002844 | |
| Centrifuga (Mega Star 3.0) | VWR | 521-1751 | |
| Reagents | |||
| Etanolo assoluto | VWR | 20820.464 | |
| Trietilammina | Sigma-Aldrich | T0886 | |
| Acido solforico 5 mol/L (10 N) AVS TITRINORM soluzione volumetrica Bottiglia di sicurezza 2,5 L | VWR | 191665V | |
| Acqua purificata (15 MΩ resistenza) | Elga | CENTRA R200 | |
| Biomassa lignocellulosica | |||
| Miscanthus X gigantheus | |||
| Pinus sylvestris | |||
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
