Introduction
持続可能な人類のエネルギー需要を満たすことが我々の文明が直面する最大の課題の一つです。エネルギー使用量は、化石燃料資源に大きな負担をかけ、今後50年間で倍増すると予測される。1 CO 2は、燃焼から発生するとして広く普及し、化石燃料の使用による大気中の温室効果ガス（GHG）の蓄積は、特に問題となります化石燃料は、人為的温室効果の50％を担当しています。2したがって、再生可能でカーボンニュートラル技術の大規模なアプリケーションは、将来の世代の増加、エネルギーや材料のニーズを満たすために不可欠である。1、3
熱、電気、ならびに炭素系化学物質、物質および燃料を産生するために使用することができる植物バイオマスは、最も汎用性の高い再生可能な資源です。他のバイオマスの種類を超えるリグノセルロース系バイオマスの主な利点は、その豊富な、高収率のPEのための潜在的ですr個の土地の面積と、多くの場合、土壌中の炭素の高い保持を含み、はるかに高いCO 2排出量の削減、。4、バイオマスを使用しての5その他の利点は、ローカルの可用性、低資本要件エネルギーにバイオマスを変換するため、および土壌浸食防止を含む。8
リグノセルロース原料の主要な生産は、林業や農業分野だけでなく、都市廃棄物管理である。6リグノセルロース生産が森林伐採を制限し、食用作物や潜在的な汚染物質の放出交換を回避する心で、展開する可能性を秘めている。7再生可能なバイオマスが液体輸送燃料や化学物質の実行可能な広範囲の源になるためには、その処理は、化石燃料の変換技術と経済的に競争力になる必 要があります。9、10、これを達成するための鍵を削減しながら、バイオマス由来の中間体の収量と品質を高めることですコスト。</ P>
リグノセルロースは、触媒および微生物変換を経由して燃料や化学物質に変換することができ、糖の割合が高いが含まれています。11これらの糖は、セルロースやヘミセルロースなどのポリマー形態でリグノセルロース中に存在しています。これらは、グルコースおよび他の糖モノマーに加水分解した後、バイオエタノールおよび他の生物由来の化学物質および溶媒を製造するために使用することができる。12
セルロース系糖をアクセスするためには、バイオマスの前処理は、物理的、化学的、または複合プロセスを通じて必要がある。4前処理は間違いなくリグノセルロース系バイオマスの物価安定政策の中で最も高価なステップです。したがって、改善された前処理プロセスの研究が不可欠です。
様々な前処理技術が利用可能です。特に興味深いのは、セルロース（fractionative前処理）からリグニンを分離するものです。リグニン、第3の主要コンポーネントでリグノセルロース、セルロースやヘミセルロースにエージェントを加水分解の限界へのアクセスとは、原料のトン当たり糖収量が減少します。11それは、適切な品質で単離される場合に分離リグニンは、中間の追加のバイオリファイナリーとして利用することができる。13 One fractionativeプロセスは、クラフト法であります紙/セルロースの製造のための最も一般的な前処理です。クラフトパルプ化では、木材チップを水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムと高圧下の周りに170°Cの高温で加熱された混合物中に配置されている。14、アルカリ性反応は、求核介し短い断片にポリマーを分解し、ヘミセルロース及びリグニンを除去し塩基触媒、及びフェノール性水酸基/アルコール基の脱プロトン化を介して、リグニン断片を溶解することによって。別の一般的な脱リグニンプロセスはまた、フラグメント化リグニンやヘミセルロースを溶解オルガノプロセスです。むしろアルカリaqueoを使用するよりも米国溶液は、例えばエタノール、酢酸等の有機溶剤が160〜200℃で5〜30バールの圧力の範囲の高温で使用されます。オルガノ前処理は、それがより少ない空気や水の汚染を生成することでパルプ化クラフトを超えるいくつかの利点があります。15むしろセルロースよりも、化学物質や燃料の生産のために使用した場合の両方のプロセスは、いくつかの経済的課題を有している。16 Ionosolvの前処理はその塩であるイオン性液体を、使用していますそれらの強力なクーロン相互作用は、非常に低い蒸気圧の結果、100℃以下の融点を有し、17これは、前処理工程において大気汚染を排除し、そして大気圧または大気圧近傍の処理を可能にします。
ほとんどのILが面倒、多段階合成で作成されているが、プロトン性イオン液体は、それらはより高価になる汎用化学品から一段階プロセスで合成することができます。のためにいくつかのイオン液体は、バルクスケールで製造することができたと推定されていますアセトン、トルエン18比較的低い温度および圧力で動作するプロセスでこれらのカスタマイズ可能なイオン液体をリサイクルして再利用する機能など、一般的な有機溶媒に匹敵するキログラム当たり$ 1.24価格はより良性の代替と経済的に魅力的な候補にこれを作りますバイオリファイニングのために。
この詳細ビデオプロトコルは、リグノセルロース系バイオマスの脱リグニンとセルロースが豊富なパルプだけでなく、高純度無臭リグニンの回復の最終的な酵素糖化のためのIonosolvプロセスの実験室規模のバージョンを示しています。19
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Protocol
注：いくつかはあるか、または商業的に利用可能になるかもしれませんがプロセスで使用されるプロトン性イオン液体は、我々の研究室で合成されます。得られたイオン液体は、酸性及び腐食性（使用されるアミンに応じて）は、おそらく皮膚/眼刺激物であるため、適切なPPE（白衣、安全仕様、耐熱手袋）を着用して注意して取り扱わなければなりません。
1.準備
- リグノセルロース系バイオマスの準備と保存
- 5キロの例100グラムのアップのために十分な量で実験する前にリグノセルロース系バイオマスを、取得します。
注：各実験はバイオマスの少なくとも3グラム（1グラム各3回）が必要です。 - まもなく収穫後の水分含有量を削減し、実験室で空気乾燥させた形でバイオマスを格納します。テーブルやベンチにバイオマスを拡散し、2週間またはそれが乾燥表示されるまでそれを残すことによって、バイオマスを空気乾燥させます。 tの間、バイオマスを移動して、電源を入れプロセスを加速するために自分の時間。収穫の年以内に分別実験を行います。
注意：空気乾燥バイオマス、より安定している5-12重量％の水分が含まれていながら、直接収穫した後、木質バイオマスは、最大50重量％の水分を含むことができます。 - 研削を選択粒径範囲にバイオマスをふるいです。使用するまでビニール袋または他の適当な容器に入れて乾燥させたバイオマスを保管してください。
注：このプロトコルで扱う小さなサンプルについては、縮小粒子サイズは、例えば180から850ミクロンのため、推奨されます。
- 5キロの例100グラムのアップのために十分な量で実験する前にリグノセルロース系バイオマスを、取得します。
- 20（NRELプロトコルに従って）バイオマスの水分含有量を決定します
- バイオマスの水分含量を決定するために、化学天秤上のアルミニウム箔（サイズ約5cm×5センチ）の作品をpreweigh箔（ メートル箔 ）の重量を記録します。アルミ箔上に空気乾燥したバイオマスのうち、およそ100ミリグラムを秤量し、正確な空気-DRIを記録ED重量（ メートルADW）。
- （少なくとも4時間）一晩105℃でファンアシストオーブンでパケットと場所を作るためにアルミホイルを折ります。
- すぐにパケットを比較検討し、オーブン乾燥した重量プラス箔（ メートルODW +箔 ）の正確な重量を記録し、その後、アウトパケットを取り、5分間デシケーター中ですぐにそれを置きます。式1に従ってバイオマスMC BMの（％での）水分含有量を計算します。
式。 1
メートルODW +箔をオーブン乾燥したパケットの重量（オーブン乾燥したバイオマスプラス箔）である場合には、m個の箔は 、箔の重量であり、m ADWは、バイオマスの空気乾燥重量です。すべての重みがグラムまたはミリグラムのいずれかであるべきです。
- イオン液体の合成
- ヒュームフードや通気筐体では、1モルの重量を量ります磁気攪拌棒を備えた1Lの丸底フラスコに、アミン（トリエチルアミン）の。マグネチックスターラープレート上の氷浴中でフラスコを置きます。アミンの蒸発を最小限に抑えるために、すぐに250mlの滴下漏斗を加えます。
注：正確な酸を確保：塩基比は、前処理実験の再現性を達成するために非常に重要です。 - 1既知濃度の溶液を用いて、硫酸のモル（この例では5モル/ L）とメスフラスコ（200ml）に計り。添加漏斗に硫酸を移し、脱イオン水を添加漏斗にメスフラスコの壁に付着した酸をすすぎます。
- 激しく撹拌しながらアミンに硫酸を滴下して加えます。これは、アミンと酸と塩基との不正確な比率の沸騰につながるとしてソリューションは、ヒートアップしないことを確認してください。定量的に移送される酸を確実にするために、脱イオン水を用いて添加漏斗の内部を洗い流します。
注意：イオン性液体溶液の大きなバッチをアミンと硫酸の量、ならびにそれに応じてフラスコの体積を増加させることによって製造することができます。 - ロータリーエバポレーターを用いて水の大部分を蒸発させます。含水量は、前処理のために必要な水の量よりも低くあるべきです。
注：完全にイオン液体を乾燥させる必要はありません。トリエチルアンモニウム硫酸水素塩を含むいくつかの乾燥されたイオン性液体は、室温で固体であるように、イオン性液体中に若干の水を残すことが有益であり得ます。凍結乾燥機は、水の含有量を低下させるために使用することができます。
- ヒュームフードや通気筐体では、1モルの重量を量ります磁気攪拌棒を備えた1Lの丸底フラスコに、アミン（トリエチルアミン）の。マグネチックスターラープレート上の氷浴中でフラスコを置きます。アミンの蒸発を最小限に抑えるために、すぐに250mlの滴下漏斗を加えます。
- IL液の含水量を確認し、調整
注：水の含有量が重要な実験変数です。前処理混合物中の水はどこから来る可能性があること3源があります。それらのすべてが考慮される必要がある：（1）を合成または購入イオン液体溶液（2）水に含まれる水は、Tに含まれます彼空気乾燥バイオマス及び（3）任意の水は、最終的な所望の含水量を達成するために、ピペットで添加しました。- 滴定装置の製造業者によって発行された指示に従って、カールフィッシャー容量滴定によって合成されるか、または購入したイオン性液体液の水分含有量を決定します。予め秤量した注射器を用いて滴定にILの数滴を追加します。滴定に追加された液体の重量を入力し、滴定装置が読み取りが表示されるまで待ちます。水分含有量を記録します。
- バイオマス前処理のための含水量を決定します。この実験では、20重量％を使用します。 5重量％、ロータリーエバポレーターを用いて、所望の水分量以下の水分含有量を削減し、1.4.1で説明したようにカールフィッシャー滴定によって新しい含水量を確認します。
注記：良好な結果が20重量％の水を用いて得られます。しかし、これは常に前処理のために最適ではないかもしれません。高い含水量は、溶媒のコストを削減するため、または粘度を低下させるために選択することができます。
<LI> 実験のための計算。 - イオン性液体の液メートルゾル、最終的なバイオマス対溶剤比BM /ゾルの最終の量を決定します。ここでは、20重量％の水から1:10 G / Gのバイオマス対溶媒比を含むイオン性液体溶液10gを使用します。
注：比率を溶媒に対するバイオマスが1：10（重量/重量）である場合は、このプロトコルで使用されるチューブは、IL液の18グラムまで収めることができます。高バイオマス対溶剤比（最大1：2、あるいは1：1）経済的な観点から有利であるが、小さなスケールで前処理の有効性を損なう可能性があります。 - 以下の式2に従って各サンプルのために必要な（水を含まない）イオン性液体の量を決定します。
式。 2
メートルILである場合、最終的なグラム、メートルゾル、中のイオン性液体の必要量はグラムでのイオン性液体溶液の所望の量、およびWC 最終的なもの</サブ>イオン液体溶液中（％で）、所望の含水量です。 - 次に、以下の式3に従って、各圧力管に添加する合成もしくは購入イオン液体溶液の量を計算します。
式。 3
m個のゾル溶液の量（グラム）の各圧力管に添加すべきである場合、m個のILは、イオン性液体の必要量（グラム）であり、WC ゾル （％で）、イオン性液体溶液中の水分含有量でありますカールフィッシャー滴定によって決定されます。 - 以下の式4を用いてイオン液体溶液に添加されるバイオマスの量（オーブン乾燥重量基準）を決定します。この実験では、圧力管あたりのオーブンで乾燥したススキバイオマスの1グラムを使用します。
式。 4
ODW追加されるバイオマスの量であります（グラム）各圧力チューブに編、メートルゾル、最終的には （グラム）イオン性液体溶液の所望量及びBM /ゾル最終的にはバイオマス・ツー・イオン液体溶液の所望の比率です。 - 以下の式（5）を使用してチューブに添加する必要が空気乾燥バイオマスの重量を決定します。
式。 5
ADWがバイオマスの空気乾燥重量は、ODWは（グラム1.5.4で決定）は、実験に必要なバイオマスの重量をオーブン乾燥され（グラムで）チューブに添加するとMC場所BM値であります1.2.3で決定。 - 以下の式6によれば、所望の最終含水量を達成するために、ピペットで添加する必要がどのくらいの水を計算します。
式。 6
メートルの水は量である場合には最終 WC添加される水は、m個のsol.final（ここでは 10g）を溶媒の量は、MC BMは、空気乾燥バイオマスの水分含有量は、前処理液（ここでは20重量％）で所望の含水量であります、M BMを添加する空気乾燥バイオマスの量は、WC ゾルを合成または購入したイオン性液体溶液の含水量であり、そしてm ゾルは、イオン性液体溶液の量です。
式。 1 
式。 2 
式。 3 
式。 4 
式。 5 
式。 6 2.前処理
注：プロセスは（数日間）または（長期間）冷蔵庫に室温でサンプルを残すことによって任意の時点で中断されてもよいです。
- テフロンキャップとシリコーンOリングで3 15ミリリットルの圧力チューブを事前に重量を量ります。視覚的に彼らは亀裂や傷を持っていないことを確認するために、圧力管を点検します。
注：必要であれば複数のイオン性液体およびバイオマスを当てはめるより大きな圧力管を使用することができ、前処理結果はしませんが、異なるバイアルサイズで処理されたサンプル間の直接比較すること。私たちは、より良いシールのフロントシーリングキャップを使用することをお勧めします。 - 10mlのピペットで、スケールの上に立った圧力チューブに、イオン性液体溶液の必要量を加えます。立っチューブを維持するためにコルクリングを使用してください。イオン性液体溶液の重量を記録する追加しました。 1g / mlで水の密度を仮定し、ピペットを用いて、1.5.6で決定した溶液に必要量の水を加えます。
- 、バランスのアルミ箔（寸法3センチメートル×8センチ）の作品を配置バランスを風袋引きし、バイオマスを計量することによって空気乾燥したリグノセルロースの必要な量を追加します。風袋引き、チューブにバイオマスを追加します。バックバランスに空の箔を配置し、その差を記録します。
注：また、帯電防止秤量ボートを使用することができます。 - シリコーンOリング付きテフロンキャップで蓋を閉じます。過締めせずに良好なシールを確認してください。 Pの重量を記録しますバイオマスとイオン液体を含むressureチューブ。バイオマスのすべてがイオン液体と接触するまでボルテックスシェーカーを使用して、チューブの内容物を混合します。
注：すべてのOリングの材料は、高温でイオン性液体と接触して耐えます。私たちは、シリコーンはうまく機能していることがわかりました。 - 所望の温度に予備加熱されたファン支援型炉内の圧力チューブを置きます。例えば、120℃で、または150℃で1時間、8時間、チューブを残します。
注：時間と温度が重要な実験的な変数です。他の時間 - 温度の組み合わせを使用することができます。 - オーブングローブを使用して、オーブンからバイアルを取り外し、それらを室温に冷却させるためにヒュームフードでそれらを配置します。水が調理中にエスケープしない保証するために冷却した後、バイアルの重量を確認してください。
3.パルプウォッシュ
- アブソルート40mlのを使用して50mlの遠心分離チューブに、各チューブの内容物を移します電子エタノール。よく混ぜると、少なくとも1時間室温でチューブを残して1分間ボルテックスシェーカーを用いてチューブを振ります。
注：分離はまた、ろ過を用いて行うことができるが、あまり精度が提案サンプルサイズのために観察され得ます。 - その後、2000×gで50分間チューブを遠心分離し、別の30秒間ボルテックスシェーカーを用いてチューブを振ります。慎重にデカントすることにより、独立した液体と固体。攪拌棒を備えた清浄な250ミリリットル丸底フラスコ内の液体を収集します。
- 3回50ミリリットルチューブに40ミリリットル新鮮なエタノールを追加し、ステップ3.2を繰り返します。
- 加熱ブロックにフラスコ丸底を配置することによって、イオン性液体からエタノールを除去します。コールドトラップを備えた真空ポンプにそれらのそれぞれを接続します。ドライアイスでトラップを記入し、40℃に加熱することを設定します。攪拌およびポンプのスイッチを入れます。
注：この実験は、平行合成セットアップに基づいて、自家製の並列蒸発器のセットアップを使用しています。パラレル蒸発器もパーチャスすることができます既製編。代替的に、ロータリーエバポレーターを使用することができます。
- 加熱ブロックにフラスコ丸底を配置することによって、イオン性液体からエタノールを除去します。コールドトラップを備えた真空ポンプにそれらのそれぞれを接続します。ドライアイスでトラップを記入し、40℃に加熱することを設定します。攪拌およびポンプのスイッチを入れます。
パルプの4ソックスレー抽出
- セルロースシンブルにウエット洗浄したパルプを移し、鉛筆を使用して、各シンブルにラベルを付けます。
- 攪拌棒を備えた丸底フラスコきれいな250ミリリットルに150ミリリットルの無水エタノールを埋めます。 40ミリリットルにサンプル含有シンブルを挿入ソックスレー抽出器、コンデンサーを追加し、再循環冷却装置に接続された並列抽出ワークステーション上のすべてをインストールします。
注意：エタノールは、パルプを転送するために使用された場合、丸底フラスコに、150 mlの差分のみを追加します。 - すべてのサンプルがロードされると、攪拌し始め、135℃に温度を設定し、再循環器の電源をオン（温度18°Cに設定）。合計で20時間、パルプ試料を抽出します。
- 還流が停止に来ることができるように加熱をオフにします。その後、両方の攪拌およびクーリングオフスイッチ。ソックスレー抽出器のうち、シンブルを取りますピンセットを使用し、ドラフト中シンブル一晩でウエットパルプ乾燥させます。
- バイオマス洗浄からソックスレー抽出から液体に液体を追加し、パラレルエバポレーターまたは40℃でロータリーエバポレーターでバイオマスの洗浄からエタノールを蒸発させ続けます。
- 、分析用天秤で風袋を測定したアルミホイルの一片上にシンブルから空気乾燥させたパルプを移し抽出パルプの空気乾燥重量を記録し、ラベルされたビニール袋にそれを転送します。壁からシンブル材料を掻きないが、すべてを回復しよう。
- （ステップ1.4で前に示したように）オーブンで乾燥させ、収率を計算するために、すぐにパルプの水分含有量を決定します。
5.リグニンの分離
- すべてのエタノールが蒸発した時、30mlの水を用いて50mlの遠心分離管に丸底フラスコに、イオン性液体を移すことによってリグニンを沈殿させます。サスペンションを混合し、少なくとも1時間放置します。2,000×gで20分間遠心分離し、デカンテーションにより固体からの溶液を分離します。
注意：このプロトコルでは、水の3当量を貧溶媒として使用されます。所望であれば、より少ない貧溶媒を使用することができます。洗浄は、除去された水を繰り返し使用するために回収されたイオン性液体を回収することができます。 - 遠心管内のリグニンペレットに蒸留水30ミリリットルを追加します。混合、1時間、遠心分離のためのインキュベーションを繰り返します。 3リグニン洗浄の合計に対して、この手順を繰り返します。
- 真空オーブン中、終夜45℃で穿孔蓋を用いて遠心分離管の内部リグニンを乾燥させます。リグニンの収率を決定するために、バランスのアルミホイルの部分を置き、オーブンからリグニンを追加し、すぐに体重を記録し、重量を風袋引き。ストレージ用バイアルにリグニンを転送します。
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Representative Results
リグニン除去及びリグニン析出の正確な量、パルプ及びグルコース収率は使用したバイオマスの種類、処理が実行される温度および治療期間に依存して回復しました。より高い温度でセルロースが加水分解や劣化につながる、イオン液体中に不安定になりながら、短い前処理時間と低い温度が不完全な前処理につながります。選択されたイオン性液体はまた、分別手順の結果に重要な役割を果たしています。
図1は、120°C（組成分析は、NRELのプロトコルに従って行った）で8時間、トリエチルHSO 4で前処理した後に得られた未処理のススキ（草）と松（針葉樹）、およびススキと松パルプの組成を示す。21これは、図から明らかなその目でIonosolv前処理ESE条件は、バイオマスの2つのタイプのために異なる結果が得られました。針葉樹の前処理は、主にヘミセルロース及びリグニンの少量を除去しながら、草バイオマスの場合には、リグニンおよびヘミセルロースの大部分は、除去されました。回収されたパルプを酵素糖化に供したとき、前処理の結果の差が均等に顕著であった。22理論上のグルコース放出の77％がススキのために取得されたものであるが、松はわずか13％が得られました。リグニン抽出の差はリグニン利回りに反映されている：20％、初期バイオマス重量の5％を、それぞれ、ススキのためのリグニンと松のように回収しました。
2原料間の前処理結果の差は、草や針葉樹中に存在するリグニンの異なる種類に起因するものです。針葉樹のGタイプのリグニンは、草のリグニンよりも扱いにくいと削除することがより困難です。
図1. ススキの組成と松の前に、120℃ で8時間 [トリ] [HSO 4] と20重量％の水 で前処理した後 。これは、NREL組成分析手順によって決定した。21のためのリファレンス21を参照してください。より詳細なプロトコル。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
リグニンは、新しいC-C結合が形成されているエーテル結合は、前処理中に切断されることを示している異量子コヒーレンス（HSQC）NMR分析で特徴付けられ得る。19さらに、GPCによって推定することができる分子量は、はるかにあることが示されています天然リグニンのより低いです。長い前処理時間での分子量は、縮合反応のために増加します。硫黄含有量のわずかな増加を経時リグニンの窒素含有量の増加がないことによって証明されるように、イオン性液体とリグニンの反応は最小です。
さらなる分析は、目的の場合に行うことができます。回収されたセルロースパルプのXRD分析は、一般に、高い結晶性を示している。回収されたイオン性液体液を溶解糖およびその分解生成物を検出するためにHPLCによって分析することができる17。23
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Discussion
ここで紹介するリグノセルロース系バイオマスの分別のための技術は、セルロースが豊富なパルプとリグニンを生成します。ヘミセルロースの大部分は、イオン液体に溶解し、加水分解が、リカバリされません。ヘミセルロース糖が所望される場合、Ionosolv脱リグニンの前にヘミセルロース予備抽出工程が必要であってもよいです。イオン性液体の液中に検出されたすべての分解生成物、リグニンから生じる、特にものを特定し、定量化することは不可能であるように、これまでのところ、完全にバイオマスのための質量バランスを閉鎖することはできませんでした。リサイクルとマスバランスに関する詳細な研究が進行中であり、まもなく公開される予定です。
パルプの表面に付着した残留イオン液体は、それによって実験室規模の解析をバイアス、糖化の間に酵素活性を低下させることができるようにエタノール洗浄は、優れた分離を達成するために小規模で必要です。これは、ことに留意すべきですこのプロトコルで消費洗濯容量のエタノールは、スケールアップと互換性がありませんし、プロセスは、商業規模で動作させる場合は、おそらく必要ありません。
セットアップこの実験は、物質移動を容易にするために、対流に完全に依存しています。撹拌しかしながら、反応を促進することが期待される潜在的に必要な反応時間とリグニンの抽出効率を変化させることができます。
全体として、提示バイオマスの前処理プロトコルは、リグノセルロース系バイオマスの分別のために非常に有効であることが示されました。水性およびメカノケミカル（ すなわち、水蒸気爆発）プロセスを超える主な利点は、改善された選択性、 すなわち 、きれいなセルロースパルプおよび精製リグニンです。別の利点は、処理を行うことができるの下で比較的穏やかな条件です。他のリグニンの溶媒和プロセスに勝る利点（ すなわち 、クラフトパルプ化またはオルガノ前処理）は単純9月です設備投資を下げるILの非揮発性に起因しarationsや溶剤回収、。分離されたリグニンは無臭です。提示Ionosolvプロセスは、その機能に酸性化エタノール水溶液を使用していますオルガノプロセスに非常に似ています。イオン性液体は無視できる程度の蒸気圧（大気圧に向かってプロセス圧力を低下させる）を持っているようしかし、溶剤のリサイクルが異なると、最小化蒸気を溶媒への暴露です。
無水、非常に高い糖化収率を得た脱結晶化セルロースパルプをもたらすような、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムアセテートまたは1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロリドのような塩基性イオン液体を用いたイオン液体の処理に比べて、ここで使用されるプロセスを提供しますわずかに低いグルコース収率を上昇。24が、本発明の方法は、湿気耐性、従って不要なエネルギー集約乾燥であり、イオン性はるかに容易に合成された液体、したがって、Eを使用して大幅に安価であることがxpected。
イオン性液体の任意のアプリケーションと同様に、主な利点の一つは調整する可能性であるイオン性液体の特性イミダゾリウムからアンモニウムの範囲、カチオンコアを変えることにより、および上のアルキル鎖の数、長さ、対称性、および置換を変化させることによりカチオンこのプロトコルで使用されるプロトン性イオン液体の特別な場合には図25に示すように 、酸塩基との比と含水量は、溶媒を設計するために使用することができる。26、27。これは、極性の広い範囲の溶媒を生じさせます、酸性度、粘度および他の物理的性質。
調整することができる他のパラメータは、バイオマス装填、前処理温度及び時間、及び添加剤を含みます。加えて、溶媒、設備及びエネルギー入力に関連するコストは、この前処理オプションは、商業的環境で使用する場合、考慮し、最適化する必要があります。
、例えば 、様々な特性を持つIonosolvリグニンの単離を含みます。プロトコルは、より大きな撹拌反応器又は連続流反応器を用いて、例えば 、変更されたプロトコルを考案するための基礎として使用することができます。このような実験的研究の結果は、このイオン液体ベースの分別処理のテクノ経済分析を可能にします。
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Disclosures
著者らは、開示することは何もありません。
Acknowledgments
著者らは、松の前処理のための実験データを提供するための資金とピエール・ブーヴィエのための気候変動と環境のためのグランサム研究所、気候-KICとEPSRC（EP / K038648 / 1およびEP / K014676 / 1）を認めます。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| IL synthesis | |||
| Round bottom flask, with standard ground joint 24/29 NS, 1,000 ml | Lenz | 3 0024 70 | VWR product code 271-1309 |
| 250 ml Addition Funnel, Graduated, 29/26 Joint Size, 0-4 mm PTFE Valve | GPE | CG-1714-16 | |
| Dish-shaped dewar flask, SCH 31 CAL | KGW-Isotherm | 1197 | |
| Volumetric flask, 200 ml | VWR | 612-3745 | |
| Cork rings, pasteur pipettes and teet, wash bottle with deionised water, large magentic stir bar | |||
| Biomass size reduction | |||
| Heavy Duty Cutting Mill SM2000 | Retsch | Discontinued | Replaced with Cutting Mill SM 200 (20.728.0001) |
| Bottom sieves (10 mesh square holes, for particle size <2 mm) | Retsch | 03.647.0318 | Part of cutting mill |
| Analytical Sieve Shaker AS 200 | Retsch | 30.018.0001 | Part of sieving machine |
| Test Sieve 200 mm Ø x 50 mm height ISO 3310/1 (180 µm) | Retsch | 60.131.000180 | Part of sieving machine |
| Test Sieve 200 mm Ø x 50 mm height ISO 3310/1 (850 µm) | Retsch | 60.131.000850 | Part of sieving machine |
| Collecting pan, stainless steel, 200 mm Ø, height 50 mm | Retsch | 69.720.0050 | Part of sieving machine |
| Rotary evaporator | |||
| Rotary evaporator (Rotavapor R-210) | Buchi | Discontinued | Replaced with Rotavapor R-300 |
| Water bath (Heating bath B-491) | Buchi | 48201 | Part of rotary evaporator |
| Recirculator | Julabo | F25 | Part of rotary evaporator |
| Vacuum pump (MPC 101 Z) | Ilmvac GmbH | 412522 | Part of rotary evaporator |
| Vacuum controller (Vacuum Control Box VCB 521) | Ilmvac GmbH | 600053 | Part of rotary evaporator |
| Parallel evaporator | |||
| StarFish Base Plate 135 mm (for Radleys & IKA) | Radleys | RR95010 | Part of parallel evaporator |
| Monoblock for 5 x 250 ml Flasks | Radleys | RR95130 | Part of parallel evaporator |
| Telescopic 5-way Clamp with Velcro | Radleys | RR95400 | Part of parallel evaporator |
| Gas/Vacuum Manifold with connectors | Radleys | RR95510 | Part of parallel evaporator |
| 650 mm Rod | Radleys | RR95665 | Part of parallel evaporator |
| Quick Release Male, R/A Barbed 6.4 mm + Shut-off (3.2 mm ID) | Radleys | RR95520 | Part of parallel evaporator |
| Stirrer/hot plate | Radleys | RR98072 | Part of soxhlet extractor |
| Temperature controller | Radleys | RR98073 | Part of soxhlet extractor |
| Elliptical Stirring Bar 15 mm Rare Earth | Radleys | RR98097 | Part of parallel evaporator |
| Vacuum cold trap, plastic coated, PTFE stopcock | Chemglass | CG-4519-01 | Part of parallel evaporator |
| Vacuum pump (MPC 101 Z) | Ilmvac GmbH | 412522 | Part of parallel evaporator |
| Tygon tubing E-3603, 6.40 mm (internal) 12.80 mm (external) | Saint-Gobain/VWR | 228-1292 | Part of parallel evaporator |
| Parallel Soxhlet extractor | |||
| StarFish Base Plate 135 mm (for Radleys & IKA) | Radleys | RR95010 | Part of soxhlet extractor |
| Monoblock for 5 x 250 ml Flasks | Radleys | RR95130 | Part of soxhlet extractor |
| Telescopic 5-way Clamp with Velcro | Radleys | RR95400 | Part of soxhlet extractor |
| Telescopic 5-way Clamp with Silicone Strap and Long Handle | Radleys | RR95410 | Part of soxhlet extractor |
| Water Manifold with connectors | Radleys | RR95500 | Part of soxhlet extractor |
| 650 mm Rod | Radleys | RR95665 | Part of soxhlet extractor |
| Quick Release Male, R/A Barbed 6.4 mm + Shut-off (3.2 mm ID) | Radleys | RR95520 | Part of soxhlet extractor |
| Coil condensers with standard ground joints 29/32 NS | Lenz | 5.2503.04 | Part of soxhlet extractor |
| Extractor Soxhlet 40 ml borosilicate glass 29/32 socket 24/29 cone | Quickfit | EX5/43 | Part of soxhlet extractor |
| Stirrer/hot plate | Radleys | RR98072 | Part of soxhlet extractor |
| Temperature controller | Radleys | RR98073 | Part of soxhlet extractor |
| Recirculator | Grant | LTC1 | Part of soxhlet extractor |
| Cellulose extraction thimble | Whatman | 2280-228 | |
| Tweezers | Excelta | 20A-S-SE | |
| Vacuum drying oven | |||
| Vacuum drying oven | Binder | VD 23 | Part of vacuum oven |
| Dewar vessel 2 L 100 x 290 mm with handle | KGW-Isotherm | 10613 | Part of vacuum oven |
| Vacuum Trap | GPE | CG-4532-01 | Part of vacuum oven |
| Other equipment | |||
| Analytical balance | A&D | GH-252 | accuracy to ± 0.1 mg |
| Volumetric Karl Fischer titrator | Mettler Toledo | V20 | |
| 10 ml disposable pipette | Corning Inc | Costar 4101 10 mL Stripette | |
| Eppendorf Research plus pipette, variable volume, volume 100-1,000 μl | Eppendorf | 3120000062 | |
| Desiccator | Jencons | JENC250-028BOM | |
| Ace pressure tube bushing type, Front seal, volume 15 ml | Ace Glass | 8648-04 | |
| Ace O-rings, silicone, 2.6 mm, I.D. 9.2 mm | Ace Glass | 7855216 | O-ring for pressure tube |
| Vortex shaker | VWR International | 444-1378 (UK) | |
| Fan-assisted convection oven | ThermoScientific | HeraTherm OMH60 | |
| Oven glove (Crusader Flex) | Ansel Edmont | 42-325 | |
| 250 ml Round bottom flask single neck ground joint 24/29 (Pyrex) | Quickfit | FR250/3S | |
| Rotaflo stopcock adapter with cone 24/29 | Rotaflo England | MF11/2/SC | |
| 50 ml Falcon tube | Heraeus/Kendro | HERA 76002844 | |
| Centrifuge (Mega Star 3.0) | VWR | 521-1751 | |
| Reagents | |||
| Ethanol absolute | VWR | 20820.464 | |
| Triethylamine | Sigma-Aldrich | T0886 | |
| Sulfuric acid 5 mol/L (10 N) AVS TITRINORM volumetric solution Safe-break bottle 2.5 L | VWR | 191665V | |
| Purified water (15 MΩ ressitance) | Elga | CENTRA R200 | |
| Lignocellulosic biomass | |||
| Miscanthus X gigantheus | |||
| Pinus sylvestris | |||
References
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