Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Düşük maliyetli İyonik Sıvılar ile Lignoselülozik Biyokütle tedavi öncesi

17.8K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/54246

⸱

10 Ağustos 2016

 ,  ,  ,  ,  , 

Bu makalede

Özet

Lignoselülozik biyokütlenin protik düşük maliyetli iyonik sıvılarla ön işlemi gösterilmiş, bu da delignifiye selüloz açısından zengin bir hamur ve saflaştırılmış bir lignin ile sonuçlanmıştır. Kağıt hamuru, enzimatik sakrifikasyondan sonra yüksek glikoz verimine yol açar.

Özet

Ekonomik olarak cazip üretim maliyetlerine sahip bir dizi iyonik sıvı (IL), son zamanlarda çeşitli lignoselülozik hammaddelerin delignifikasyonu için bir ortam olarak artan bir ilgi görmüştür. Burada, bu düşük maliyetli protik IL'lerin, selüloz ve saflaştırılmış bir lignin elde edilen lignoselülozik biyokütlenin (Ionosolv ön işlemi) yapısökümünde kullanımını gösteriyoruz. En genel işlemde, protik iyonik sıvı, sulu asit ve amin bazının doğru kombinasyonu ile sentezlenir. Su içeriği daha sonra ayarlanır. Delignifikasyon için, biyokütle, lignin ve hemiselülozu çözmek için yüksek sıcaklıklarda IL çözeltisi içeren bir kaba yerleştirilir ve selüloz açısından zengin bir hamur sakrifikasyona (fermente edilebilir şekerlere hidroliz) hazır halde bırakılır. Lignin daha sonra su ilavesiyle IL'den çökeltilir ve katı olarak geri kazanılır. Eklenen suyun uzaklaştırılması, birden çok kez yeniden kullanılabilen iyonik sıvıyı yeniden üretir. Bu protokol, biyoyakıtlar veya yenilenebilir kimyasallar ve malzemeler üretmek için ticari biyokütle ön arıtma/lignin fraksiyonlamasında kullanım için protik IL'lerin önemli potansiyelini araştırmak için yararlıdır.

Giriş

Toplantı insanlığın enerji ihtiyacının sürdürülebilir bizim medeniyet karşısına çıkan en büyük zorluklardan biridir. Enerji kullanımı fosil yakıt kaynaklarının daha büyük yük bindirerek, önümüzdeki 50 yıl içinde ikiye katlanması bekleniyor. 1 CO 2 yanmasından oluşan olarak yaygın fosil yakıt kullanımı yoluyla atmosferdeki sera gazlarının (SG) birikimi, özellikle sorunlu fosil yakıtlar insan kaynaklı sera etkisinin% 50 sorumludur. 2 Bu nedenle, yenilenebilir ve karbon nötr teknolojilerin büyük ölçekli uygulama gelecek nesillerin artan enerji ve malzeme ihtiyaçlarının karşılanması için gereklidir. 1, 3

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Not: bir kısmı ya da ticari olarak temin edilebilir hale olabilir, ancak işleminde kullanılan protik iyonik sıvılar, laboratuarımızda sentezlenir. Elde edilen iyonik sıvılar asidik ve korozif ve (kullanılan amin bağlı olarak) muhtemelen deri / göz tahriş edicidir ve bu nedenle bakım giyen uygun KKD (laboratuvar önlüğü, güvenlik özellikleri, dayanıklı eldivenler) ile ele alınması gerekir.

1. Hazırlık

  1. Hazırlanması ve odunlu-biyokütle depolama
    1. 5 kg Örnek 100 g ile için yeterli miktarlarda deney öncesinde lignoselülozik biyokütle, elde edilir.
      Not: her bir deney biyokütle en az 3 g (1 g, her biri üç....

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

lignin çıkarma ve lignin çökeltme, tam miktarı hamuru ve glukoz Randıman, kullanılan biyokütle türüne bağlıdır geri tedavi çalıştırılan sıcaklık ve tedavi süresi. yüksek sıcaklıklarda, selüloz hidroliz ve bozulmasına sebep iyonik sıvı içinde kararsız ise kısa ön-muamele süreleri ve düşük sıcaklıklarda eksik ön yol açar. Seçilen iyonik sıvı da fraksiyonasyon prosedürünün sonucu önemli bir rol oynar.

Şekil 1, 12.......

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Burada yer alan lignoselülozik biyokütle fraksiyonasyon için bir teknik, selüloz bakımından zengin hamuru ve lignin üretir. hemiselülozlar çoğu iyonik sıvı içinde çözülür ve hidroliz, ancak geri verilmez. hemiselüloz, şekerler istenirse, Ionosolv odunsuzlaştırılmasında önce hemiselüloz ön-ekstraksiyon aşaması gerekli olabilir. Şimdiye kadar iyonik sıvı içki bulunan tüm bozunma ürünleri, lignin kaynaklanan özellikle olanlar belirlemek ve ölçmek mümkün değildir tam olarak, biyokütle için kütle dengesi kapatmak mümkün olmu.......

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Teşekkürler

Yazarlar çam pretreatments için deneysel veriler sağlamak için İklim Değişikliği ve Çevre, İklim-KIC ve EPSRC (EP / K038648 / 1 ve EP / K014676 / 1) finansmanı için ve Pierre Bouvier Grantham Enstitüsü kabul.

....

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
IL synthesis
Yuvarlak tabanlı şişe, standart zemin mafsallı 24/29 NS, 1.000 mlLenz3 0024 70VWR ürün kodu 271-1309
250 ml Toplama Hunisi, Dereceli, 29/26 Eklem Boyutu, 0-4  mm PTFE VanaGPECG-1714-16
Çanak şeklinde dewar şişesi, SCH 31 CAL KGW-Isotherm1197
Hacimsel şişe, 200 mlVWR612-3745 
Mantar halkaları, pastör pipetleri ve teet, deiyonize su ile yıkama şişesi, büyük macentik karıştırma çubuğu
Biyokütle boyutu küçültme
Ağır Hizmet Tipi Kesme Değirmeni SM2000 Retsch DurdurulduKesme Değirmeni SM 200 (20.728.0001) ile değiştirildi 
Alt elekler (10 gözenekli kare delik, parçacık boyutu için < 2 mm)Retsch 03.647.0318Kesme değirmeni
parçası Analitik Elek Çalkalayıcı AS 200Retsch 30.018.0001Eleme makinesinin bir parçası
Test Süzgeci 200 mm & Oslash; x 50 mm yükseklik ISO 3310/1 (180 & mikro; m)Retsch 60.131.000180Eleme makinesinin bir parçası
Test Süzgeci 200 mm & Oslash; x 50 mm yükseklik ISO 3310/1 (850 & mikro; m)Retsch 60.131.000850Eleme makinesinin bir parçası
Toplama tavası, paslanmaz çelik, 200  mm Ø, yükseklik 50 mmRetsch 69.720.0050Eleme makinesinin
Döner buharlaştırıcı
Döner buharlaştırıcı (Rotavapor R-210)Buchi DurdurulduRotavapor R-300 ile değiştirildi
Su banyosu (Isıtma banyosu B-491)Buchi 48201Döner buharlaştırıcı
Sirkülatörünün bir parçası JulaboF25Döner buharlaştırıcının bir parçası
Vakum pompası (MPC 101 Z)Ilmvac GmbH412522Döner buharlaştırıcının bir parçası
Vakum kontrolörü (Vakum Kontrol Kutusu VCB 521)Ilmvac GmbH600053Döner buharlaştırıcının
Paralel evaporatör
StarFish Taban Plakası 135  mm (Radleys & için IKA)RadleysRR95010için paralel evaporatör
Monoblok parçası; ml ŞişelerRadleysRR95130 Paralel evaporatörün bir parçası
Cırt cırtlı Teleskopik 5Kelepçe RadleysRR95400Paralel evaporatör
Gaz / Vakum ManifoldununRadleysRR95510 Paralel evaporatörün bir parçası
650&nbşk; mm ÇubukRadleysRR95665 Paralel evaporatörün bir parçası
Hızlı Bırakma Erkek, R / A Dikenli 6.4  mm + Kapatma (3.2  mm ID)RadleysRR95520Paralel evaporatörün bir parçası
Karıştırıcı / sıcak plakaRadleysRR98072Soxhlet çıkarıcının bir parçası
Sıcaklık kontrolörüRadleysRR98073Soxhlet çıkarıcının bir parçası
Eliptik Karıştırma Çubuğu 15 & nbsp; mm Nadir ToprakRadleysRR98097 Paralel evaporatörün bir parçası
Vakumlu soğuk tuzak, plastik kaplı, PTFE muslukChemglassCG-4519-01Paralel evaporatörün bir parçası
Vakum pompası (MPC 101 Z)Ilmvac GmbH412522Paralel buharlaştırıcının bir parçası
Tygon boru E-3603, 6.40  mm (dahili) 12.80  mm (dış)Saint-Gobain/VWR228-1292 Paralel evaporatörün bir parçası
Paralel Soxhlet çıkarıcı
StarFish Taban Plakası 135  mm (Radleys & için IKA)RadleysRR95010 Soxhlet çıkarıcının bir parçası
5 x 250  için monoblok; ml ŞişelerRadleysRR95130 Soxhlet çıkarıcının bir parçası
Velcro Radleys ile Teleskopik 5 KelepçeRR95400 Soxhlet çıkarıcının bir parçası
Silikon Kayışlı ve Uzun Saplı Teleskopik 5 KelepçeRR95410 Soxhlet çıkarıcının bir parçası
Konnektörlü SuManifoldu RadleysRR95500 Soxhlet çıkarıcının bir parçası
650&nbşk; mm ÇubukRadleysRR95665 Soxhlet çıkarıcının bir parçası
Hızlı Bırakma Erkek, R / A Dikenli 6.4  mm + Kapatma (3.2  mm ID)RadleysRR95520 Soxhlet çıkarıcının bir parçası
Standart topraklama bağlantılarına sahip bobin kondansatörleri 29/32 NSLenz5.2503.04 Soxhlet çıkarıcının bir parçası
Çıkarıcı Soxhlet 40  ml borosilikat cam 29/32 soket 24/29 koniQuickfitEX5/43 Soxhlet çıkarıcının bir parçası
Karıştırıcı/sıcak plakaRadleysRR98072Soxhlet aspiratörünün bir parçası
Sıcaklık kontrolörüRadleysRR98073Soxhlet ekstraktörünün bir parçası
SirkülatörHibeLTC1Soxhlet ekstraktörünün bir parçası
Selüloz ekstraksiyon yüksüğüWhatman2280-228
CımbızExcelta20A-S-SE
Vakumlu kurutma fırınıBağlayıcıVD 23Vakumlu fırın
Dewar kabı 2  L 100  x  290&nbşk; saplımm KGW-Isotherm10613Vakumlu fırının bir parçası
Vakum KapanıGPECG-4532-01 Vakumlu fırının bir parçası
Diğer ekipmanlar
>Analitik teraziA& DGH-252±'ye kadar doğruluk; 0.1 mg
Hacimsel Karl Fischer titratörüMettler ToledoV20
10 ml tek kullanımlık pipetCorning IncCostar 4101 10 mL Stripette
Eppendorf Research plus pipet, değişken hacimli, hacim 100-1.000  μ lEppendorf3120000062
KurutucuJenconsJENC250-028BOM
Ace basınç tüpü burç tipi, Ön conta, hacim 15  mlAce Cam8648-04 
Ace O-ringler, silikon, 2.6  mm, Kimlik 9.2  mm Ace Glass7855216Basınç tüpü için O-ring
Vorteks çalkalayıcıVWR International444-1378 (İngiltere)
Fan destekli konveksiyonlu fırınThermoScientificHeraTherm OMH60
Fırın eldiveni (Crusader Flex)Ansel Edmont42-325
250 ml Yuvarlak tabanlı matara tek boyunlu zemin mafsalı 24/29 (Pyrex)Quickfit FR250/3S
Rotaflo musluk adaptörü, konili 24/29Rotaflo, İngiltereMF11/2/SC
50 ml Falcon tüpüHeraeus/KendroHERA 76002844
Santrifüj (Mega Star 3.0)VWR 521-1751
Reagents
Ethanol mutlakVWR20820.464
TrietilaminSigma-AldrichT0886
Sülfürik asit 5 mol/L (10  N) AVS TITRINORM hacimsel çözelti Güvenli kırma şişesi 2.5  LVWR191665V
Arıtılmış su (15 MΩ direnç)ElgaCENTRA R200
Lignoselülozik biyokütle
Miscanthus X gigantheus
Pinus sylvestris
bir parçası bir parçası 5 x 250  bir parçası <td colspan="4">< güçlü > Vakumlu kurutma fırını< / güçlü >, , , , , ,

Kaynaklar

  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. Renewa....

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Daha fazla makale keşfet

Protik İyonik SıvılarBiyokütle Ön İşlemiLignin İzolasyonuSelüloz EkstraksiyonuKarl Fischer TitrasyonuSoxhlet EkstraksiyonuVakum FırınıSantrifüj Tüpü