O pré-tratamento da biomassa lignocelulósica com líquidos iônicos próticos de baixo custo é mostrado, resultando em uma polpa rica em celulose deslignificada e uma lignina purificada. A polpa dá origem a altos rendimentos de glicose após sacarificação enzimática.
É necessária uma assinatura do JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou inicie seu teste gratuito.
Artigo de método
Pré-tratamento de biomassa lignocelulósica com baixo custo líquidos iônicos
Neste artigo
Resumo
Resumo
Vários líquidos iônicos (ILs) com custos de produção economicamente atraentes têm recebido recentemente um interesse crescente como meio para a deslignificação de uma variedade de matérias-primas lignocelulósicas. Aqui demonstramos o uso desses ILs próticos de baixo custo na desconstrução da biomassa lignocelulósica (pré-tratamento com Ionosolv), produzindo celulose e uma lignina purificada. No processo mais genérico, o líquido iônico prótico é sintetizado pela combinação precisa de ácido aquoso e base de amina. O teor de água é ajustado posteriormente. Para a deslignificação, a biomassa é colocada em um recipiente com solução de IL em temperaturas elevadas para dissolver a lignina e a hemicelulose, deixando uma polpa rica em celulose pronta para sacarificação (hidrólise em açúcares fermentescíveis). A lignina é posteriormente precipitada do IL pela adição de água e recuperada como um sólido. A remoção da água adicionada regenera o líquido iônico, que pode ser reutilizado várias vezes. Este protocolo é útil para investigar o potencial significativo de ILs próticos para uso em pré-tratamento de biomassa comercial/fracionamento de lignina para produção de biocombustíveis ou produtos químicos e materiais renováveis.
Introdução
a demanda de energia da humanidade Reunião de forma sustentável é um dos maiores desafios que a nossa civilização enfrenta. O uso de energia está prevista para dobrar nos próximos 50 anos, colocando maior pressão sobre os recursos de combustíveis fósseis. 1 O acúmulo de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera através da generalizada uso de combustíveis fósseis é particularmente problemática, como o CO 2 gerado a partir da combustão de combustíveis fósseis é responsável por 50% do efeito de estufa antropogénico. 2 Portanto, a aplicação em grande escala de tecnologias neutras renováveis e de carbono é essencial para satisfazer as ma....
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Protocolo
Nota: Os líquidos iónicos próticos utilizados no processo são sintetizados no nosso laboratório, embora alguns possam ser ou tornar-se comercialmente disponíveis. Os líquidos iônicos resultantes são ácidas e provavelmente irritantes da pele / olho (dependendo da amina utilizada) corrosivo e, pelo que deve ser manuseado com cuidado usando EPI adequado (bata de laboratório, óculos de segurança, luvas resistentes).
1. Preparação
- Preparação e armazenamento da biomassa lignocelulósica
- Obter a biomassa lignocelulósica antes da experiência, em quantidade suficiente, por exemplo, 100 g até 5 kg.
Nota: C....
- Obter a biomassa lignocelulósica antes da experiência, em quantidade suficiente, por exemplo, 100 g até 5 kg.
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Resultados
A quantidade exacta de remoção de lignina e a precipitação de lignina, celulose e recuperado um rendimento de glicose dependem do tipo de biomassa utilizada, a temperatura à qual o tratamento é administrado e a duração do tratamento. tempos de pré-tratamento curtos e baixas temperaturas conduzir a pré-tratamento incompleto, enquanto a temperaturas mais elevadas a celulose torna-se instável no líquido iónico, levando a hidrólise e a degradação. O líquido iónico seleccionado também desempe.......
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Discussão
A técnica para o fraccionamento da biomassa lenhocelulica aqui apresentado produz uma polpa ricos em celulose e lignina. A maioria das hemiceluloses são dissolvidos no líquido iónico e hidrolisada, mas não recuperados. Se acares hemicelulicos são desejados, uma hemicelulose passo de pré-extracção antes da deslignificação Ionosolv pode ser necessário. Tem sido até agora impossível de fechar completamente o balanço de massa para a biomassa, uma vez que não é possível identificar e quantificar os produtos de degradação enc.......
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Divulgações
Os autores não têm nada para revelar.
Agradecimentos
Os autores reconhecem o Instituto Grantham para a Mudança Climática e Meio Ambiente, da Climate-KIC e EPSRC (EP / K038648 / 1 e EP / K014676 / 1) para financiamento e Pierre Bouvier para fornecer dados experimentais para a pré-tratamentos de pinheiros.
....Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Materiais
Forno de secagem a vácuo
de agitação magentic de peneirar rotativo<td colspan="4"> de forno
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| IL synthesis | |||
| Frasco inferior redondo, com junta de aterramento padrão 24/29 NS, 1.000 ml | Lenz | 3 0024 70 | Código do produto VWR 271-1309 |
| 250 ml Funil de adição, graduado, tamanho da junta 29/26, 0-4 mm Válvula PTFE | GPE | CG-1714-16 | |
| Garrafa de dewar em forma de prato, SCH 31 CAL | KGW-Isotherm | 1197 | |
| Balão volumétrico, 200 ml | VWR | 612-3745 | |
| Anéis de cortiça, pipetas pasteur e teet, garrafa de lavagem com água deionizada, grande barra | |||
| Redução do tamanho da biomassa | |||
| Moinho de Corte Pesado SM2000 | Retsch | Descontinuado | Substituído por Moinho de Corte SM 200 (20.728.0001) |
| Peneiras inferiores (furos quadrados de 10 malhas, para granulometria < 2 mm) | Retsch | 03.647.0318 | Parte do moinho de corte |
| Agitador de Peneira Analítica AS 200 | Retsch | 30.018.0001 | Parte da peneira |
| Peneira de teste 200 mm Ø x 50 mm altura ISO 3310/1 (180 µ m) | Retsch | 60.131.000180 | Parte da peneira |
| Peneira de teste 200 mm Ø x 50 mm de altura ISO 3310/1 (850 µ m) | Retsch | 60.131.000850 | Parte da máquina de peneirar |
| Bandeja coletora, aço inoxidável, 200 mm Ø, altura 50 mm | Retsch | 69.720.0050 | Parte da máquina |
| Evaporador rotativo | |||
| Evaporador rotativo (Rotavapor R-210) | Buchi | Descontinuado | Substituído por Rotavapor R-300 |
| Banho-maria (Banho de aquecimento B-491) | Buchi | 48201 | Parte do recirculador do evaporador rotativo |
| Julabo | F25 | Parte do evaporador rotativo | |
| Bomba de vácuo (MPC 101 Z) | Ilmvac GmbH | 412522 | Parte do evaporador rotativo |
| Controlador de vácuo (Caixa de controle de vácuo VCB 521) | Ilmvac GmbH | 600053 | Parte do evaporador |
| Evaporador paralelo | |||
| StarFish Base Plate 135 mm (para Radleys & IKA) | Radleys | RR95010 | Parte do evaporador paralelo |
| Monobloco para 5 x 250 ml Frascos | Radleys | RR95130 | Parte do evaporador paralelo |
| Grampo telescópico de 5 vias com Velcro | Radleys | RR95400 | Parte do evaporador paralelo |
| Coletor de gás/vácuo com conectores | Radleys | RR95510 | Parte do evaporador paralelo |
| 650 mm Rod | Radleys | RR95665 | Parte do evaporador paralelo |
| Macho de Liberação Rápida, R/A Barbed 6.4 mm + Desligamento (3.2 mm ID) | Radleys | RR95520 | Parte do evaporador paralelo |
| Agitador/placa quente | Radleys | RR98072 | Parte do extrator de soxhlet |
| Controlador de temperatura | Radleys | RR98073 | Parte do extrator de soxhlet |
| Barra de Agitação Elíptica 15 mm Radleys de Terra | Rara | RR98097 | Parte do evaporador paralelo |
| Armadilha fria a vácuo, revestida de plástico, torneira de PTFE | Chemglass | CG-4519-01 | Parte do evaporador paralelo |
| Bomba de vácuo (MPC 101 Z) | Ilmvac GmbH | 412522 | Parte do evaporador paralelo |
| Tubulação Tygon E-3603, 6.40 mm (interno) 12.80 mm (externo) | Saint-Gobain/VWR | 228-1292 | Parte do evaporador paralelo |
| Parallel Soxhlet extractor | |||
| StarFish Base Plate 135 mm (para Radleys & IKA) | Radleys | RR95010 | Parte do extrator de soxhlet |
| Monobloco para 5 x 250 ml Frascos | Radleys | RR95130 | Parte do extrator de soxhlet |
| Grampo telescópico de 5 vias com Velcro | Radleys | RR95400 | Parte do extrator de soxhlet |
| Grampo telescópico de 5 vias com alça de silicone e cabo longo | Radleys | RR95410 | Parte do extrator de soxhlet |
| Coletor de Água com conectores | Radleys | RR95500 | Parte do extrator de soxhlet |
| 650 mm Rod | Radleys | RR95665 | Parte do extrator de soxhlet |
| Macho de Liberação Rápida, R/A Barbed 6.4 mm + Desligamento (3.2 mm ID) | Radleys | RR95520 | Parte do extrator de soxhlet |
| Condensadores de bobina com juntas de aterramento padrão 29/32 NS | Lenz | 5.2503.04 | Parte do extrator de soxhlet |
| Extrator Soxhlet 40 ml de vidro borossilicato 29/32 soquete 24/29 cone | Quickfit | EX5/43 | Parte do extrator de soxhlet |
| Agitador/placa quente | Radleys | RR98072 | Parte do extrator de soxhlet |
| Controlador de temperatura | Radleys | RR98073 | Parte do extrator de soxhlet |
| Recirculador | Grant | LTC1 | Parte do extrator de soxhlet |
| Dedal de extração de celulose | Whatman | 2280-228 | |
| Pinças | Excelta | 20A-S-SE | |
| Forno de secagem a vácuo | Binder | VD 23 | Parte do forno a vácuo |
| Vaso de dewar 2 L 100 x 290 mm com alça | KGW-Isoterma | 10613 | Parte do forno a vácuo |
| Armadilha de vácuo | GPE | CG-4532-01 | Parte do forno a vácuo |
| Outro equipamento | |||
| Balança analítica | A& D | Precisão GH-252 | para ± 0,1 mg |
| Titulador Karl Fischer volumétrico | Mettler Toledo | V20 | |
| Pipeta descartável de 10 ml | Corning Inc | Costar 4101 10 mL Stripette | |
| Eppendorf Research plus pipeta, volume variável, volume 100-1.000 μ l | Eppendorf | 3120000062 | |
| Dessecador | Jencons | JENC250-028BOM | |
| Tipo de bucha de tubo de pressão Ace, selo frontal, volume 15 ml | Ace Glass | 8648-04 | |
| Anéis O-ring Ace, silicone, 2.6 mm, ID 9.2 mm | Ace Glass | 7855216 | O-ring para tubo de pressão |
| Agitador de vórtice | VWR International | 444-1378 (Reino Unido) | |
| Forno de convecção assistido por ventilador | Luva | ThermoScientific HeraTherm OMH60 | |
| (Crusader Flex) | Ansel Edmont | 42-325 | |
| 250 ml Balão de fundo redondo junta de aterramento de pescoço único 24/29 (Pyrex) | Quickfit | Adaptador de torneira FR250/3S | |
| Rotaflo com cone 24/29 | Rotaflo England | MF11/2/SC | |
| 50 ml Tubo Falcon | Centrífuga Heraeus/Kendro | HERA 76002844 | |
| (Mega Star 3.0) | VWR | 521-1751 | |
| Reagentes | |||
| Etanol absoluto | VWR | 20820.464 | |
| Trietilamina | Sigma-Aldrich | T0886 | |
| Ácido sulfúrico 5 mol/L (10 N) Solução volumétrica AVS TITRINORM Garrafa de quebra segura 2.5 L | VWR | 191665V | |
| Água purificada (15 MΩ ressitância) | Elga | CENTRA R200 | |
| Lignocellulosic biomass | |||
| Miscanthus X gigantheus | |||
| Pinus sylvestris | |||
Referências
- 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....
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Reimpressões e permissões
