Extração da lignina com alto teor de β-O-4 por extração de etanol suave e seu efeito sobre o rendimento de despolimerização

Este método responde a algumas perguntas-chave no campo de utilização de recursos de renovação sobre a lignina, um componente-chave da biomassa lignocelulósica. A principal vantagem dessa técnica é que ela permite obter lignina de boa qualidade estrutural de diferentes fontes de biomassa. Esta metodologia notável visa especificamente a ligação beta 04.

Ao mesmo tempo, impede que os processos de recondensação aconteçam. Isso é muito importante, pois evita a formação de char. Utilizando este método, podem ser estabelecidas relações entre o procedimento de extração de lignina e a eficiência de des polimerização.

Geralmente, qualquer um de nós novo nesses métodos, lutamos com os procedimentos de treino, bem como a análise dos quatro ligninas, e a mistura de produtos de des polimerização. Para produzir conchas de nozes cortadas, equipe um cortador de martelo com um siv de cinco milímetros na tomada, e alimente as conchas de nozes no cortador de martelo, coletando as conchas fraturadas em um copo de vidro de um litro. Para produzir os pequenos fragmentos de casca de nozes necessários para a fresagem, alimente as conchas fraturadas em um cortador de micro martelo equipado com um siv de 2 milímetros na tomada, coletando as conchas moídas em um novo copo de vidro de um litro.

Para remover extrativos das conchas de nozes moídas, adicione 150 gramas da amostra da casca em um frasco de fundo redondo de 500 milímetros contendo uma barra de agitação, e adicione 200 mililitros de tolueno ao frasco. Coloque um condensador reflexo no frasco e aqueça a mistura a uma temperatura de refluxo de 111 graus celsius em um banho de óleo com agitação vigorosa. Após duas horas, retire o frasco do banho para permitir que a mistura esfrie até a temperatura ambiente, e coe a mistura através de um filtro de 185 milímetros de diâmetro, dez micrômetros para remover o tolueno.

Após o aquecimento durante a noite em um forno a vácuo a 80 graus celsius e 50 milibais de pressão, adicione 40 gramas de partículas de casca de nozes tratadas de tolueno a uma tigela de trituração de dióxido de zircônio de 250 mililitros contendo sete bolas de trituração de dióxido de zircônio de 20 milímetros de diâmetro. 60 milímetros de isopropanol é adicionado à tigela de moagem. Coloque a tigela de moagem no moinho de tigela rotativa.

Triture as partículas de concha em quatro ciclos de dois minutos moendo a 27 vezes g seguido de quatro minutos de descanso por ciclo. Após o quarto ciclo de moagem, transfira as cascas finamente moídas de nozes em um frasco de fundo redondo de 500 mililitros e remova o isopropanol por evaporação rotativa a 40 graus celsius e 125 milibares de pressão. Em seguida, seque as cascas de nozes em um forno a vácuo durante a noite a 50 graus celsius e 50 milibais de pressão.

Para obter ligina de etanosolv com o maior teor beta 04, adicione 25 gramas de matéria-prima em um novo frasco de fundo redondo de 500 mililitros e adicione 200 mililitros de 80 a 20 etanol à solução de água, quatro mililitros de solução de cloridrato de 37%, e uma barra magnética de agitação ao frasco. Coloque um condensador de refluxo no frasco e aqueça a mistura em um banho de óleo a 80 graus celsius por cinco horas com agitação vigorosa. Depois que a mistura for resfriada até a temperatura ambiente, filtre a solução através de um coador de 185 milímetros de diâmetro de dez micrômetros em um novo frasco de fundo redondo de 500 mililitros, lavando o resíduo quatro vezes com 25 mililitros de etanol por lavagem.

Concentre o licor coletado por evaporação rotativa a 40 graus celsius e 150 milibares de pressão, seguido pela dissolução do sólido obtido em 30 mililitros de acetona. Para precipitar a lignina, adicione a mistura a 600 mililitros de água e colete a lignina precipitada em um diâmetro de 185 milímetros, dez micrômetros do tamanho de um coador, lavando a lignina quatro vezes com 25 mililitros de água por lavagem. Doer a lignina durante a noite à temperatura ambiente no filtro, seguido de secagem durante a noite em um forno a vácuo a 50 graus celsius e 50 milibais de pressão em um frasco de vidro.

Em seguida, determine o rendimento da lignina extraída em um equilíbrio. Para análise da estrutura da lignina por ressonância magnética nuclear bidimensional ou análise de RMN, dissolva 60 miligramas de lignina seca em 0,7 mililitros de acetona deuterado, e adicione essa mistura a um tubo NMR. Adicione este tubo NMR a um espectrofotômetro NMR e defina os parâmetros desejados para obter um espectro de coerência quântica único 2D adequado.

Para a des polimerização da lignina, adicione 50 miligramas de lignina seca em um frasco de reação micro-ondas de 20 mililitros equipado com um agitador magnético e adicione 0,85 mililitros de 1, 4 dioxano, 50 microliters de etileno glicol em 1, 4 dioxano e 50 microliters de octadecano em 1, 4 dioxano ao frasco. Depois de fechar o navio, aqueça a solução a 140 graus celsius com agitação. Quando o vaso de reação atingir a temperatura alvo, adicione 50 microlitadores de ferro três trifluorometanotanossulfetos em 1, 4 dioxano ao vaso, e mexa a reação por mais 15 minutos.

Depois de resfriar a reação à temperatura ambiente, filtre o líquido sobre celite em um tubo de centrífuga de dois mililitros. Em seguida, concentre o líquido coletado durante a noite a 35 graus celsius em um concentrador de vácuo rotacional. Para extrair os produtos de baixo peso molecular, suspenda e incha o resíduo em 0,15 mililitros de diclorometano por vórtice, 15 minutos de sônica e 30 minutos em uma roda automática.

Para realizar uma extração monômera eficiente, é fundamental primeiro inchar adequadamente o óleo obtido no clorometano. Em seguida, é importante adicionar a quantidade certa de tolueno, a fim de precipitar seletivamente os oligômeros inferiores. Precipitar os oligômeros com 0,75 mililitros de tolueno seguido de vórtice e dez minutos de sonicação.

Centrifufique as amostras por dez segundos a 5000 RPM e separe o líquido orgânico leve do resíduo sólido e lubrificante e filtre o líquido sobre um plugue de celite em um frasco de vidro. Em seguida, concentre as fases orgânicas combinadas por evaporação rotativa a 40 graus celsius e 20 milibais de pressão. E dissolver o resíduo oleoso em um mililitro de diclorometano para análise por cromatografia gasosa.

As ligninas obtidas após cada extração exibem uma ampla gama de cores e tamanhos de partículas, com os polímeros obtidos a partir de tratamentos leves demonstrando uma cor tipicamente vermelho-rosa e pequenos flocos de material. Quando condições mais duras são aplicadas, as ligninas obtidas exibem uma cor marrom a marrom-amarela, com um aumento geral no rendimento do material, um efeito muito mais profundo para as madeiras de nozes, faias e cedro, em comparação com a madeira de pinheiro. A análise nMR das diferentes ligninas determina a razão SGH e a quantidade de ligações dos polímeros extraídos, especificamente a quantidade de ligações beta 04.

Por exemplo, ligninas extraídas em condições mais brandas normalmente dão maiores quantidades de ligações. As reações de acetálise com ferro três trifluorometanotanosulfato na presença de etilenoglicol produz três acetais fenólicos diferentes que se relacionam com as unidades S, G e H presentes dentro das ligninas, com maiores rendimentos acetals fenólicos combinados observados para ligninas extraídos em condições leves. Uma tendência clara é visível quando o conteúdo beta 04 total é considerado onde o maior teor beta 04 geralmente resulta em um maior rendimento acetal.

Quando o rendimento da extração de lignina e o rendimento subsequente de des polimerização são combinados, um rendimento de acetal global é obtido a partir da fonte de biomassa mostrando diferenças claras entre as diferentes fontes de biomassa. Ao realizar extrações de lignina, é importante equilibrar o rendimento da extração com a qualidade estrutural da lignina obtida. Então, se você seguir o método de des polimerização relatado, você pode realmente obter aromáticos de valor agregado em alta seletividade.

Essas técnicas ajudarão outros pesquisadores a obter acesso a produtos de valor agregado a partir da fração de lignina da biomassa celulósica de lignina em bons rendimentos.