Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Voorbehandeling van lignocellulose met Low-cost ionische vloeistoffen

17.8K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/54246

⸱

10 augustus 2016

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Chemical Engineering, Imperial College London

In dit artikel

Samenvatting

De voorbehandeling van lignocellulose biomassa met protische goedkope ionische vloeistoffen wordt getoond, wat resulteert in een delignificeerde, celluloserijke pulp en een gezuiverde lignine. De pulp geeft aanleiding tot hoge glucoseopbrengsten na enzymatische saccharificatie.

Samenvatting

Een aantal ionische vloeistoffen (ILs) met economisch aantrekkelijke productiekosten hebben recentelijk groeiende belangstelling gekregen als media voor de delignificatie van een verscheidenheid aan lignocellulosehoudende grondstoffen. Hier laten we het gebruik van deze goedkope protische ILs zien bij de deconstructie van lignocellulose biomassa (Ionosolv-voorbehandeling), wat cellulose en een gezuiverde lignine oplevert. In het meest generieke proces wordt de protische ionische vloeistof gesynthetiseerd door nauwkeurige combinatie van waterige zuur en amine base. Het watergehalte wordt vervolgens aangepast. Voor de delignificatie wordt de biomassa in een vat met IL-oplossing geplaatst bij verhoogde temperaturen om de lignine en hemicellulose op te lossen, waardoor een celluloserijke pulp achterblijft die klaar is voor saccharificatie (hydrolyse tot fermenteerbare suikers). De lignine wordt later uit de IL geprecipiteerd door toevoeging van water en hersteld als een vaste stof. Het verwijderen van het toegevoegde water regenereerd de ionische vloeistof, die meerdere keren kan worden hergebruikt. Dit protocol is nuttig om het significante potentieel van protische ILs te onderzoeken voor gebruik in commerciële biomassa-voorbehandeling/lignine fractie voor het produceren van biobrandstoffen of hernieuwbare chemicaliën en materialen.

Inleiding

energievraag Meeting mensheid duurzaam is één van de grootste uitdagingen die onze beschaving wordt geconfronteerd. Energieverbruik zal naar verwachting verdubbelen in de komende 50 jaar, waardoor een grotere druk op fossiele grondstoffen brandstof. 1 De opbouw van broeikasgassen (BKG) in de atmosfeer door wijdverbreide gebruik van fossiele brandstoffen is bijzonder problematisch, zoals CO 2 opgewekt door de verbranding van fossiele brandstoffen is verantwoordelijk voor 50% van de antropogene broeikaseffect. 2 Daarom is grootschalige toepassing van hernieuwbare en koolstofneutrale technologieën is essentieel voor het voldoen aan de verhoging van de energie en de materiële behoeften van toekomstige generaties. 1, 3

Plantaardige biomassa de meest veelzijdige hernieuwbare bron, als het kan worden gebruikt om warmte, elektriciteit en koolstof gebaseerde chemicaliën, materialen en brandstoffen. Belangrijkste voordelen van lignocellulose biomassa ten opzichte van andere soorten biomassa zijn de overvloed, potentieel voor hoge opbrengsten per gebied van land en vaak veel hoger CO 2 -uitstoot besparingen, die een hoge retentie van koolstof in de bodem omvat. 4, 5 Bijkomende voordelen van het gebruik van biomassa zijn onder andere lokale beschikbaarheid, lage kapitaaleisen om biomassa om te zetten in energie, en bodemerosie voorkomen. 8

De belangrijkste productie van lignocellulose grondstoffen zijn de houtverwerkende industrie en de agrarische sector, alsmede het beheer van stedelijk afval. 6 lignocellulose productie heeft de potentie om uit te breiden, met een geest aan het beperken van de ontbossing en het vermijden van de vervanging van voedselgewassen en het vrijkomen van potentieel schadelijke stoffen. 7 voor duurzame biomassa een levensvatbare wijdverbreide bron van vloeibare transportbrandstoffen en chemicaliën worden, moet de verwerking ervan economisch concurrerend met fossiele brandstoffen conversie technologieën. 9, 10 a sleutel om dit te bereiken is om de opbrengst en kwaliteit van biomassa afgeleide tussenproducten verhogen, terwijl het verminderen cost.

Lignocellulose bevat een hoog gehalte aan suikers die via katalytische en microbiële omzettingen kunnen worden omgezet in brandstoffen en chemicaliën. 11 Deze suikers aanwezig in lignocellulose in polymere vorm cellulose en hemicellulose zijn. Zij kunnen worden gehydrolyseerd tot glucose en andere suiker monomeren en vervolgens gebruikt voor de productie van bio-ethanol en andere bio-afgeleide chemicaliën en oplosmiddelen. 12

Om toegang te krijgen tot de cellulosehoudende suikers, voorbehandeling van de biomassa is noodzakelijk door middel van fysische, chemische, of gecombineerde processen. 4 De voorbehandeling is misschien wel de duurste stap in de valorisatie van lignocellulose biomassa. Vandaar dat onderzoek naar betere voorbehandeling processen is noodzakelijk.

Diverse voorbehandeling technologieën beschikbaar. Van bijzonder belang zijn die welke de lignine uit cellulose (fractionative voorbehandeling) scheiden. Lignine, het derde belangrijke component inlignocellulose, beperkt de toegang tot het hydrolyseren middelen cellulose en hemicellulose en vermindert de suikeropbrengst per ton voeding. 11 De afgescheiden lignine kan worden gebruikt als een extra biorefinery tussenproduct indien wordt geïsoleerd in geschikte kwaliteit. 13 Een fractionative proces Kraft proces dat is de meest voorkomende voorbehandeling papier / celluloseproduktie. Kraft pulpen worden houtsnippers geplaatst in een mengsel van natriumhydroxide en natriumsulfide en verhit bij verhoogde temperaturen van ongeveer 170 ° C onder hoge druk. 14 De alkalische reacties verwijderen hemicellulose en lignine door het breken van de polymeren naar korte fragmenten via nucleofiele en basische katalyse, en door het oplossen van de ligninefragmenten via de-protonering fenolische hydroxylgroepen / alcoholgroepen. Een ander gemeenschappelijk onthouting proces is de organosolv en waarbij ook fragmenten en lost de lignine en hemicellulose. In plaats van een alkalisch aqueoons oplossing, organische oplosmiddelen zoals ethanol en azijnzuur worden gebruikt bij hoge temperaturen tussen 160-200 ° C en drukken 5-30 bar. Organosolv voorbehandeling heeft een aantal voordelen ten opzichte van kraftcelstofproductie in die het produceert minder lucht- en watervervuiling. 15 Beide processen beschikken over een aantal economische uitdagingen, als het gebruikt wordt voor de productie van chemicaliën en brandstoffen in plaats van cellulose. 16 De Ionosolv voorbehandeling maakt gebruik van ionische vloeistoffen, die zouten die smeltpunten beneden 100 ° C en, als gevolg van hun krachtige Coulomb interacties zeer lage dampdrukken. 17 Hierdoor luchtverontreiniging in het voorbehandelingsproces en maakt verwerking bij of nabij atmosferische druk.

Terwijl de meeste IL's worden gemaakt in bewerkelijk, meerstaps syntheses kunnen protische IL's worden bereid in een enkelvoudig proces van basischemicaliën, waardoor ze goedkoper maakt; wordt geschat dat bepaalde IL's kunnen worden geproduceerd kwantitatieve weegschaal voor eenprijs van $ 1,24 per kg vergelijkbaar met gangbare organische oplosmiddelen zoals aceton en tolueen. 18 De mogelijkheid om te recycleren en hergebruiken deze klantgerichte IL's in een proces dat werkt bij relatief lagere temperaturen en drukken maakt dit een gunstige alternatief en een economisch aantrekkelijke kandidaat voor bioraffinage.

Deze gedetailleerde protocol video toont een laboratoriumschaal versie van de Ionosolv werkwijze voor de delignificatie van lignocellulose biomassa en de uiteindelijke enzymatische versuikering van cellulose-pulp rijke en het herstel van een zeer zuiver geurvrij lignine. 19

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Opmerking: De protische ionische vloeistoffen die bij de werkwijze worden gesynthetiseerd in ons laboratorium, hoewel sommige of commercieel verkrijgbaar zou kunnen worden. De resulterende ionische vloeistoffen zijn zuur en corrosief en waarschijnlijk de huid / irriterend voor de ogen (afhankelijk van de gebruikte amine), en moet daarom met zorg dragen geschikte PPE (laboratoriumjas, veiligheid specs, bestendige handschoenen) worden behandeld.

1. Voorbereiding

  1. Het voorbereiden en het opslaan van de lignocellulose biomassa
    1. Verkrijgen van de lignocellulosische biomassa vóór het experiment in voldoende hoeveelheden, bijvoorbeeld 100 g tot 5 kg.
      Opmerking: Elk experiment heeft tenminste 3 g biomassa (1 g elk in drievoud).
    2. Verminder het vochtgehalte kort na de oogst en bewaar de biomassa in lucht gedroogde vorm in het laboratorium. Air-droog de biomassa door het verspreiden van de biomassa op een tafel of bank en het verlaten van het voor 2 weken of tot het droog wordt weergegeven. Verplaats en draai de biomassa tijdens tde tijd om het proces te versnellen. Voer de fractionering experimenten binnen een jaar na de oogst.
      Opmerking: Direct na de oogst kan houtachtige biomassa tot 50 gew% vocht bevatten, terwijl de lucht gedroogde biomassa dat stabieler bevat 5-12 gew% vocht.
    3. Grind en zeef de biomassa aan een select deeltjesgrootte. Bewaar de gedroogde biomassa in plastic zakken of andere geschikte houders tot gebruik.
      Opmerking: Voor de kleine monsters behandeld in dit protocol, wordt een gereduceerde deeltjesgrootte aanbevolen, bijvoorbeeld 180-850 urn.
  2. Bepaling van het vochtgehalte van de biomassa (volgens het protocol NREL) 20
    1. Het vochtgehalte van de biomassa te bepalen, preweigh een stuk aluminiumfolie (grootte ongeveer 5 cm x 5 cm) op een analytische balans en het gewicht van de folie (folie m) opnemen. Weeg ongeveer 100 mg van de lucht gedroogd biomassa op de aluminium folie en noteer de exacte air-dried gewicht (m ADW).
    2. Vouw het aluminiumfolie om een ​​pakket en plaats 's nachts te maken in een heteluchtoven op 105 ° C (ten minste gedurende 4 uur).
    3. Neem het pakket uit en plaats deze onmiddellijk in een exsiccator gedurende 5 minuten, dan weegt het pakket onmiddellijk en noteer de exacte gewicht van de oven gedroogd gewicht plus folie (m ODW + folie). Bereken het vochtgehalte (in%) van de biomassa mc BM volgens vergelijking 1:
      figure-protocol-1 Eq. 1
      Waarbij m + ODW folie is het gewicht van de ovengedroogde packet (ovengedroogd biomassa plus folie), m folie wordt het gewicht van de folie en m ADW de lucht gedroogd gewicht van de biomassa. Alle gewichten moeten hetzij in g of in mg.
  3. Synthese van Ionic Liquid
    1. In een zuurkast of geventileerde behuizing, weegt 1 molvan het amine (triethylamine) in een 1 L rondbodemkolf met magnetische roerstaaf. Plaats de kolf in een ijsbad op een magnetische roerder plaat. Voeg 250 ml toevoegtrechter onmiddellijk verdamping van het amine te minimaliseren.
      Let op: Zorgen voor de juiste zuur: base verhouding is van groot belang voor het bereiken van de reproduceerbaarheid van de voorbehandeling experimenten.
    2. Meet 1 mol zwavelzuur met een oplossing van bekende concentratie (in dit voorbeeld 5 mol / L) en een volumetrische kolf (200 ml). Breng het zwavelzuur in de toevoegtrechter en spoel elk zuur aan de wand van de maatkolf in de toevoegtrechter met gedeïoniseerd water.
    3. Voeg het zwavelzuur druppelsgewijs aan de amine onder krachtig roeren. Zorg ervoor dat de oplossing niet opwarmt, omdat dit zou leiden tot het kookpunt van het amine en een onjuiste verhouding van zuur naar de basis. Spoel de binnenkant van de toevoertrechter gebruikt gedeïoniseerd water om het zuur wordt kwantitatief overgebracht waarborgen.
      Notitie: Grotere partijen ionische vloeibare oplossing kan worden door verhogen van de hoeveelheid amine en zwavelzuur en de kolf volume aan.
    4. Verdamp het meeste water met een rotatieverdamper. Het watergehalte lager is dan het watergehalte vereist voor de voorbehandeling zijn.
      Opmerking: Het is niet nodig om de ionische vloeistof volledig te drogen. Het kan gunstig zijn om water te laten in de ionische vloeistof, zoals sommige gedroogde ionische vloeistoffen, zoals triethylammonium waterstofsulfaat, zijn vaste stoffen bij kamertemperatuur. Een vriesdroger kan ook worden gebruikt om het watergehalte te verlagen.
  4. Bevestigen en aanpassen van het watergehalte van de oplossing IL
    Opmerking: Het watergehalte is een belangrijke experimentele variabele. Er zijn drie bronnen die het water in de voorbehandelingsvloeistof mengsel kan komen. Ieder van hen moet rekening worden gehouden met: (1) het water in de gesynthetiseerde of gekocht ionische vloeistof oplossing (2) het water in thij lucht gedroogd biomassa en (3) het water toegevoegd met een pipet om de uiteindelijk gewenste watergehalte te bereiken.
    1. Bepaal het watergehalte van de gesynthetiseerde of eerst ionische vloeistof oplossing door volumetrische Karl Fischer titratie volgens de instructies van de fabrikant titrator. Een paar druppels van de IL in de titrator met een vooraf gewogen spuit. Voer het gewicht van de vloeistof toegevoegd aan de titrator en wacht tot de titrator een lezing geeft. Noteer het watergehalte.
    2. Beslis over een watergehalte voor de biomassa voorbehandeling. In dit experiment gebruikt 20 gew%. Verminderen het watergehalte 5 gew% onder het gewenste watergehalte met een rotatieverdamper en bevestigen nieuwe watergehalte van Karl Fischer titratie zoals beschreven in 1.4.1.
      Opgelet: Goede resultaten worden verkregen met 20 gew% water; Dit kan echter niet altijd optimaal voor voorbehandeling worden. Een hoger watergehalte kan worden gekozen om oplosmiddel kosten te beperken en lagere viscositeit.
  5. De berekeningen voor het experiment.
    1. Beslis over de hoeveelheid ionische vloeistof oplossing m sol, finale en een biomassa-to-oplosmiddel verhouding BM / sol finale. Hier, Gebruik 10 g ionische vloeistof oplossing met 20 gew% water en een biomassa-tot-oplosmiddel verhouding van 01:10 g / g.
      Opmerking: De in dit protocol buizen is geschikt tot 18 g van IL oplossing als de biomassa verhouding oplosmiddel 01:10 (w / w). Een veel biomassa naar oplosmiddelverhouding (1: 2 of 1: 1) gunstig vanuit economisch oogpunt, maar kan de voorbehandelingsvloeistof werkzaamheid op kleine schaal beschadigen.
    2. Bepaal de hoeveelheid (watervrij) ionogene vloeistof voor elk monster volgens de volgende vergelijking 2:
      figure-protocol-2 Eq. 2
      Waarin m IL wordt de vereiste hoeveelheid ionische vloeistof in g m sol, laatste is de gewenste hoeveelheid ionische vloeibare oplossing in g en wc uiteindelijke </ Sub> de gewenste watergehalte (in%) in de ionische vloeistof oplossing.
    3. Bereken vervolgens de hoeveelheid gesynthetiseerde of eerst ionische vloeibare oplossing in elk drukbuis worden toegevoegd volgens de volgende vergelijking 3:
      figure-protocol-3 Eq. 3
      Waarin m sol is de hoeveelheid oplossing die moet worden toegevoegd aan elke drukbuis (in grammen), m IL is de benodigde hoeveelheid ionische vloeistof (in gram) en wc sol is het watergehalte in de ionische vloeibare oplossing (in%) zoals bepaald met Karl Fischer titratie.
    4. Bepaal de hoeveelheid biomassa (ovengedroogd gewichtsbasis) de ionische vloeibare oplossing worden toegevoegd met behulp van vergelijking 4 hierna. In dit experiment werd gebruik 1 g ovengedroogde Miscanthus biomassa per drukbuis.
      figure-protocol-4 Eq. 4
      Wanneer ODW is de hoeveelheid biomassa te voegened in elk drukbuis (in grammen), m sol, laatste is de gewenste hoeveelheid ionische vloeibare oplossing (in gram) en BM / sol laatste is de gewenste verhouding van biomassa-tot-ionische vloeibare oplossing.
    5. Bepaal het gewicht van lucht gedroogde biomassa die moet in de buis toegevoegd met de volgende vergelijking 5:
      figure-protocol-5 Eq. 5
      waarbij ADW de lucht gedroogd gewicht van de biomassa worden toegevoegd aan de buis (in gram), wordt ODW oven gedroogd gewicht van de biomassa nodig is voor het experiment (1.5.4 bepaald in gram) en mc BM is de waarde bepaald in 1.2.3.
    6. Berekenen hoeveel water toegevoegd met een pipet om de gewenste uiteindelijke watergehalte bereiken volgens de volgende vergelijking 6 nodig:
      figure-protocol-6 Eq. 6
      Waar m water is de hoeveelheidwater toegevoegd, wc laatste is het gewenste watergehalte in de voorbehandelingsvloeistof mengsel (hier 20 gew%), m sol.final is de hoeveelheid oplosmiddel (hier 10 g), mc BM is het vochtgehalte van de lucht gedroogde biomassa , m BM is de hoeveelheid lucht gedroogd biomassa worden toegevoegd, wc sol is het watergehalte van de gesynthetiseerde of om eerst ionische vloeibare oplossing en m sol is de hoeveelheid ionische vloeistof oplossing.

2. Voorbehandeling

Opmerking: De werkwijze kan op ieder moment worden onderbroken door het verlaten van de monsters bij kamertemperatuur (enkele dagen) of in de koelkast (langer).

  1. Pre-wegen drie 15 ml druk buizen met Teflon caps en silicone O-ringen. Inspecteer de druk buizen te zorgen dat ze geen scheuren of gebreken.
    Opmerking: Grotere drukbuizen montage meer ionische vloeistof en biomassa kunnen desgewenst worden gebruikt, hoewel voorbehandeling resultaten nietdirect vergelijkbaar tussen de monsters in verschillende maten flacon behandeld. Wij raden het gebruik van-front afsluitdoppen voor een betere afdichting.
  2. Met een 10 ml pipet wordt de vereiste hoeveelheid ionische vloeibare oplossing in de drukslang staande op de schaal. Gebruik kurk ringen aan de buis staande te houden. Noteer het gewicht van de ionische vloeibare oplossing toegevoegd. Voeg de vereiste hoeveelheid water om de vastgestelde 1.5.6 met een pipet oplossing, uitgaande van de dichtheid van water worden 1 g / ml.
  3. Voeg de vereiste hoeveelheid lucht gedroogd lignocellulose door een stuk aluminiumfolie (afmetingen 3 cm x 8 cm) op evenwicht, het evenwicht en tarra gewicht van de biomassa. Tarreer de balans en voeg de biomassa aan de buis. Plaats de lege folie terug op de balans en het verschil op te nemen.
    Let op: Als alternatief kunnen antistatische weegschuitjes worden gebruikt.
  4. Sluit het deksel met een teflon cap met siliconen O-ring. Controleer of er een goede afdichting zonder over-aanscherping. Noteer het gewicht van de pressure buizen met biomassa en ionische vloeistof. Meng de inhoud van de buis met behulp van een vortex shaker totdat alle biomassa in contact met de ionische vloeistof.
    Opmerking: Niet alle O-ring materialen weerstaan ​​in contact met ionische vloeistoffen bij verhoogde temperatuur. We vonden dat siliconen werkt goed.
  5. Plaats de drukbuizen in een heteluchtoven die is voorverwarmd tot de gewenste temperatuur. Zo laat de buizen gedurende 8 uur bij 120 ° C of gedurende 1 uur bij 150 ° C.
    Opmerking: Tijd en temperatuur zijn belangrijk experimentele variabelen. Andere time - temperatuur combinaties kunnen worden gebruikt.
  6. Verwijder de flesjes uit de oven met behulp van een ovenwant en leg ze in een zuurkast om hen te laten afkoelen tot kamertemperatuur. Controleer het gewicht van de flesjes na afkoelen tot verzekeren geen water ontsnapt tijdens het koken.

3. Pulp Wash

  1. Breng de inhoud van elke buis in een 50 ml centrifugebuis met behulp 40 ml absolutee ethanol. Schud de buis met behulp van een vortex shaker gedurende 1 min goed te mengen en laat de buis bij kamertemperatuur gedurende tenminste 1 uur.
    Opmerking: De scheiding kan ook met behulp van filtratie worden uitgevoerd, maar kan minder nauwkeurig worden waargenomen voor de voorgestelde steekproef.
  2. Schud de buis met behulp van een vortex shaker nog eens 30 sec, centrifugeer de buis gedurende 50 minuten bij 2000 x g. Aparte vloeibaar en vast door zorgvuldig decanteren. Het verzamelen van de vloeistof in een schone 250 ml rondbodemkolf met roerstaaf.
  3. Voeg 40 ml vers ethanol in de 50 ml buis en herhaal stap 3.2 drie keer.
    1. Wordt de ethanol uit de ionische vloeistof door het plaatsen van de rondbodemkolven op een verwarmingsblok. Sluit elk van hen een vacuümpomp met een koude val. Vul de val met droogijs en stel de verwarming tot 40 ° C. Schakel roeren en pomp.
      Let op: Dit experiment maakt gebruik van een zelfgemaakte parallel verdamper set-up op basis van een parallelle synthese set-up. Parallel verdampers kan ook purchased kant en klare. Als alternatief kan een roterende verdamper kan worden gebruikt.

4. Soxhlet extractie van Pulp

  1. Breng de natte gewassen pulp in cellulose vingerhoedjes en labelen elk vingerhoed met een potlood.
  2. Vul 150 ml absolute ethanol in een schone 250 ml rondbodemkolf met roerstaaf. Steek de-monster dat vingerhoedje in een 40 ml Soxhletapparaat, voeg een condensor en installeer alles op de parallelle afzuigkap werkstation aangesloten op een recirculatie koelmachine.
    Opmerking: Wanneer ethanol werd gebruikt om de pulp te dragen, voeg alleen het verschil met 150 ml aan de rondbodemkolf.
  3. Wanneer alle monsters zijn geladen, beginnen te roeren, de temperatuur tot 135 ° C en zet de Recirculator (temperatuur instellen van 18 ° C). Extraheer de pulp monsters voor 20 uur in totaal.
  4. Zet de verwarming om reflux tot stilstand te komen. Schakel dan zowel te roeren en af ​​te koelen. Neem de vingerhoedjes uit de Soxhletapparaatmet een pincet en laat de natte pulp droog in de vingerhoed 's nachts in een zuurkast.
  5. Voeg de vloeistof uit de Soxhlet-extractie om de vloeistof uit de biomassa verder wassen en verdampen het ethanol uit de biomassa wassen met de parallelle verdamper of een rotatieverdamper bij 40 ° C.
  6. Breng de lucht gedroogde pulp uit de huls op een stuk aluminiumfolie getarreerd op een analytische balans, registreren de lucht gedroogde gewicht van het geëxtraheerde pulp en breng deze in een gemerkt plastic zak. Proberen om alles te herstellen, terwijl niet vingerhoed materiaal af te schrapen de muur.
  7. Moet het vochtgehalte van de pulp onmiddellijk de ovengedroogde opbrengsten te berekenen (zoals eerder getoond in stap 1,4).

5. Lignine Isolation

  1. Wanneer alle ethanol verdampt, precipiteren de lignine in door de ionische vloeistof uit de rondbodemkolf in een 50 ml centrifugebuis met behulp 30 ml water. Meng de schorsing en laat ten minste 1 uur.Centrifugeer gedurende 20 minuten bij 2000 xg, en scheiden de oplossing van de vaste stof door decanteren.
    Let op: In dit protocol, worden 3 equivalenten water gebruikt als anti-oplosmiddel. Minder anti-oplosmiddel kan worden gebruikt, indien gewenst. De wassingen kunnen worden verzameld, het water verwijderd en de ionische vloeistof teruggewonnen voor herhaald gebruik.
  2. Voeg 30 ml gedestilleerd water om de lignine pellet in de centrifugebuis. Herhaal de menging, incubatie gedurende 1 uur en centrifugeren. Herhaal deze procedure voor een totaal van 3 wassingen lignine.
  3. Droog de lignine in de centrifugebuis met een vacuümoven en een doorboord deksel bij 45 ° C overnacht. Om de lignine opbrengst te bepalen, plaats een stuk aluminiumfolie op de balans, tarra van het gewicht, voeg lignine uit de oven en het gewicht onmiddellijk op te nemen. Breng de lignine in een flesje voor opslag.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

De exacte hoeveelheid lignine lignine verwijdering en precipitatie teruggewonnen pulp en glucose rendement afhankelijk van het type gebruikte biomassa, de temperatuur waarbij de behandeling wordt uitgevoerd en de duur van de behandeling. Korte voorbehandeling en lage temperaturen leiden tot incomplete voorbehandeling terwijl bij hogere temperaturen de cellulose instabiel in de ionische vloeistof, wat leidt tot hydrolyse en afbraak. De geselecteerde ionische vloeistof speelt een belangrij...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

De techniek voor de fractionering van lignocellulosische biomassa hier gepresenteerde produceert een celluloserijke pulp en lignine. De meeste van de hemicellulose wordt opgelost in de ionische vloeistof en gehydrolyseerd, maar niet hersteld. Als hemicellulose suikers gewenst, kan een hemicellulose pre-extractiestap voor de Ionosolv delignificatie noodzakelijk. Het is tot nu toe onmogelijk geweest om een ​​massabalans volledig sluiten van de biomassa, omdat het niet mogelijk is alle afbraakproducten in de ionische liquo...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

De auteurs erkennen de Grantham Instituut voor klimaatverandering en het milieu, Climate-KIC en EPSRC (EP / K038648 / 1 en EP / K014676 / 1) voor de financiering en Pierre Bouvier voor het verstrekken van experimentele gegevens voor grenen voorbehandelingen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
IL-synthese
Rondbodemfles, met standaard geslepen verbinding 24/29 NS, 1.000 mlLenz3 0024 70VWR productcode 271-1309
250 ml toevoegingsfles, gegradueerd, 29/26 verbindingsgrootte, 0-4 mm PTFE-klepGPECG-1714-16
Schaalvormig dewar-flesje, SCH 31 CAL KGW-Isotherm1197
Volumetrische fles, 200 mlVWR612-3745 
Kurkringen, pasteurpipetten en tepels, wasflesje met gedeïoniseerd water, grote magnetische roerbar
Biomassagroottereductie
Heavy Duty Snijmolen SM2000 Retsch DiscontinuedVervangen door Snijmolen SM 200 (20.728.0001) 
Bodemzeven (10 maas vierkante gaten, voor deeltjesgrootte <2 mm)Retsch 03.647.0318Onderdeel van snijmolen
Analytische Siefzevender AS 200Retsch 30.018.0001Onderdeel van zeefmachine
Testzeef 200 mm Ø x 50 mm hoogte ISO 3310/1 (180 µm)Retsch 60.131.000180Onderdeel van zeefmachine
Testzeef 200 mm Ø x 50 mm hoogte ISO 3310/1 (850 µm)Retsch 60.131.000850Onderdeel van zeefmachine
Verzamelbak, roestvrij staal, 200 mm Ø, hoogte 50 mmRetsch 69.720.0050Onderdeel van zeefmachine
Rotorverdamper
Rotorverdamper (Rotavapor R-210)Buchi DiscontinuedVervangen door Rotavapor R-300
Waterbad (Verwarmingsbad B-491)Buchi 48201Onderdeel van rotorverdamper
Recirculator JulaboF25Onderdeel van rotorverdamper
Vacuümpomp (MPC 101 Z)Ilmvac GmbH412522Onderdeel van rotorverdamper
Vacuümregelaar (Vacuum Control Box VCB 521)Ilmvac GmbH600053Onderdeel van rotorverdamper
Parallelle verdamper
StarFish Basisplaat 135 mm (voor Radleys & IKA)RadleysRR95010Onderdeel van parallelle verdamper
Monoblok voor 5 x 250 ml FlessenRadleysRR95130 Onderdeel van parallelle verdamper
Telescopische 5-wegklem met VelcroRadleysRR95400Onderdeel van parallelle verdamper
Gas/vacuümverdeler met connectorenRadleysRR95510 Onderdeel van parallelle verdamper
650 mm StaafRadleysRR95665 Onderdeel van parallelle verdamper
Quick Release Male, R/A Barbed 6.4 mm + Shut-off (3.2 mm ID)RadleysRR95520Onderdeel van parallelle verdamper
Roerder/hotplateRadleysRR98072Onderdeel van soxhlet-extractor
TemperatuurregelaarRadleysRR98073Onderdeel van soxhlet-extractor
Elliptische roerstaaf 15 mm Rare EarthRadleysRR98097 Onderdeel van parallelle verdamper
Vacuümkoude val, met plastic coating, PTFE-kraanChemglassCG-4519-01Onderdeel van parallelle verdamper
Vacuümpomp (MPC 101 Z)Ilmvac GmbH412522Onderdeel van parallelle verdamper
Tygon-buis E-3603, 6.40 mm (intern) 12.80 mm (extern)Saint-Gobain/VWR228-1292 Onderdeel van parallelle verdamper
Parallelle Soxhlet-extractor
StarFish Basisplaat 135 mm (voor Radleys & IKA)RadleysRR95010 Onderdeel van soxhlet-extractor
Monoblok voor 5 x 250 ml FlessenRadleysRR95130 Onderdeel van soxhlet-extractor
Telescopische 5-wegklem met VelcroRadleysRR95400 Onderdeel van soxhlet-extractor
Telescopische 5-wegklem met siliconenriem en lange hendelRadleysRR95410 Onderdeel van soxhlet-extractor
Waterverdeler met connectorenRadleysRR95500 Onderdeel van soxhlet-extractor
650 mm StaafRadleysRR95665 Onderdeel van soxhlet-extractor
Quick Release Male, R/A Barbed 6.4 mm + Shut-off (3.2 mm ID)RadleysRR95520 Onderdeel van soxhlet-extractor
Speirafscheider met standaard geslepen verbindingen 29/32 NSLenz5.2503.04 Onderdeel van soxhlet-extractor
Extractor Soxhlet 40 ml borosilicaatglas 29/32 aansluiting 24/29 kegelQuickfitEX5/43 Onderdeel van soxhlet-

Referenties

  1. 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).
  2. Dincer, I. Renewable energy and sustainable development: a crucial review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 4 (2), 157-175 (2000).
  3. Zweibel, K., Mason, J., Fthenakis, V. A solar grand plan. Sci. Am. 298 (1), 64-73 (2008).
  4. Lee, J. Biological conversion of lignocellulosic biomass to ethanol. J. Biotechnol. 56 (1), 1-24 (1997).
  5. Carrott, P., Ribeiro Carrott, M. Lignin-from natural adsorbent to activated carbon: A review. Bioresour.Technol. 98 (12), 2301-2312 (2007).
  6. Cardona Alzate, C., Sánchez Toro, O. Energy consumption analysis of integrated flowsheets for production of fuel ethanol from lignocellulosic biomass. Energy. 31 (13), 2447-2459 (2006).
  7. Field, C. B., Campbell, J. E., Lobell, D. B. Biomass energy: the scale of the potential resource. Trends Biochem Sci. 23 (2), 65-72 (2008).
  8. Hoogwijk, M., et al. Exploration of the ranges of the global potential of biomass for energy. Biomass Bioenergy. 25 (2), 119-133 (2003).
  9. Goldemberg, J. Ethanol for a sustainable energy future. Science. 315 (5813), 808-810 (2007).
  10. Himmel, M. E., et al. Biomass recalcitrance: engineering plants and enzymes for biofuels production. Science. 315 (5813), 804-807 (2007).
  11. Mosier, N., et al. Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresour.Technol. 96 (6), 673-686 (2005).
  12. Kumar, P., Barrett, D. M., Delwiche, M. J., Stroeve, P. Methods for pretreatment of lignocellulosic biomass for efficient hydrolysis and biofuel production. Ind Eng Chem Res. 48 (8), 3713-3729 (2009).
  13. Hu, F., Ragauskas, A. Suppression of pseudo-lignin formation under dilute acid pretreatment conditions. RSC Advances. 4 (9), 4317-4323 (2014).
  14. Chakar, F. S., Ragauskas, A. J. Review of current and future softwood kraft lignin process chemistry. Ind Crop Prod. 20 (2), 131-141 (2004).
  15. Mutjé, P., Pelach, M., Vilaseca, F., García, J., Jiménez, L. A comparative study of the effect of refining on organosolv pulp from olive trimmings and kraft pulp from eucalyptus wood. Bioresour.Technol. 96 (10), 1125-1129 (2005).
  16. Zhao, X., Cheng, K., Liu, D. Organosolv pretreatment of lignocellulosic biomass for enzymatic hydrolysis. Appl. Microbiol. Biotechnol. 82 (5), 815-827 (2009).
  17. Brandt, A., Gräsvik, J., Hallett, J. P., Welton, T. Deconstruction of lignocellulosic biomass with ionic liquids. Green Chem. 15, 550(2012).
  18. Chen, L., et al. Inexpensive ionic liquids:[HSO 4]−-based solvent production at bulk scale). Green Chem. 16 (6), 3098-3106 (2014).
  19. Brandt, A., Chen, L., van Dongen, B. E., Welton, T., Hallett, J. P. Structural changes in lignins isolated using an acidic ionic liquid water mixture. Green Chem. 17, 5019-5034 (2015).
  20. Sluiter, A., et al. NREL/TP-510-42621. Determination of Total Solids in Biomass and Total Dissolved Solids in Liquid Process Samples. , (2008).
  21. Sluiter, A., et al. NREL/ TP - 510 - 42618Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass. Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass. , (2011).
  22. Resch, M. G., Baker,, Decker, S. R. NREL/TP-5100-63351. Low Solids Enzymatic Saccharificatin of Lignocellulosic Biomass. , (2015).
  23. Brandt, A., Ray, M. J., To, T. Q., Leak, D. J., Murphy, R. J., Welton, T. Ionic liquid pretreatment of lignocellulosic biomass with ionic liquid-water mixtures. Green Chem. 13 (9), 2489-2499 (2011).
  24. Aver, K., Scortegagna, A., Fontana, R., Camassola, M. Saccharification of ionic-liquid-pretreated sugar cane bagasse using Penicillium echinulatum enzymes. J Taiwan Inst Chem Eng. 45 (5), 2060-2067 (2014).
  25. George, A., et al. Design of low-cost ionic liquids for lignocellulosic biomass pretreatment. Green Chem. 17 (3), 1728(2015).
  26. Verdía, P., Brandt, A., Hallett, J. P., Ray, M. J., Welton, T. Fractionation of lignocellulosic biomass with the ionic liquid 1-butylimidazolium hydrogen sulfate. Green Chem. 16 (3), 1617-1627 (2014).
  27. Brandt, A., et al. Ionic liquid pretreatment of lignocellulosic biomass with ionic liquid-water mixtures. Green Chem. 13 (9), 2489-2499 (2011).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

Protische ionische vloeistoffenbiomassa-voorbehandelinglignine-isolatiecellulose-extractieKarl Fischer-titratieSoxhlet-extractievacuümovencentrifugebuis
Voorbehandeling van lignocellulose met Low-cost ionische vloeistoffen
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.