Summary
نقدم بروتوكولا لتركيب السكريات C5 (إكسيلوسي وارابينوز) من متجددة غير الصالحة للأكل الليجنوسليولوزيه الكتلة الحيوية (أي، الجوت) مع وجود برونستد حمضية السوائل الأيونية (كفالات) المحفز في المياه. محفز كفالات معارضها حافز أداء أفضل من المواد الحفازة الأحماض المعدنية التقليدية (ح2هكذا4 و HCl).
Abstract
في الآونة الأخيرة، تستخدم السوائل الأيونية (ILs) لتثمين الكتلة الحيوية إلى قيمة المواد الكيميائية بسبب خصائصها ملحوظة مثل الثبات الحراري، وانخفاض ضغط البخار، غير-القابلية للاشتعال، قدرة الحرارة أعلى، والذوبان الانضباطي والحموضة. هنا، نحن عرض أسلوب لتركيب السكريات C5 (إكسيلوسي وارابينوز) من بينتوسان الموجودة في الكتلة الأحيائية الجوت في عملية واحدة-وعاء باستخدام كمية حفاز من كبريتات الهيدروجين 1-methyl-3-(3-sulfopropyl)-imidazolium الحمضية برونستد إيل. إيل الحمضية يتم تصنيعه في المختبر، ويتميز باستخدام تقنيات القياس الطيفي الرنين المغناطيسي لفهم النقاء. يتم قياس الخصائص المتنوعة للكفالة مثل حمض قوة، الاستقرار الحرارية والمائية الحرارية، التي أظهرت أن الحافز هو مستقر عند درجة حرارة أعلى (250 درجة مئوية) ويملك جداً حمض قوة عالية (حس 1.57). تحويل ما يزيد على 90% بينتوسان إيل الحمضية إلى السكريات وفورفورال. ومن ثم، يمكن أيضا أن تستخدم طريقة عرض في هذه الدراسة لتقييم تركيز بينتوسان في أنواع أخرى من الكتلة الحيوية الليجنوسليولوزيه.
Introduction
الكتلة الحيوية إمكانات كبيرة كالطاقة المتجددة ومصدر المواد الكيميائية لأنها مستدامة وغير مكلفة، ووزعت على قدم المساواة على عكس موارد الوقود الأحفوري، مما يجعلها واحدة من المرشحين الواعدين لتحل محل الوقود الأحفوري من المواد الخام. يقدر إنتاج الكتلة الحيوية الليجنوسليولوزيه 146 بیلیون طن متري في السنة1. الكتلة الأحيائية الليجنوسليولوزيه هي تتألف أساسا من اللجنين والسليولوز، وهيميسيلولوسي بمكوناته الرئيسية الثلاثة. اللجنين بوليمر عطرية من الوحدات فينيلبروبانويد؛ من ناحية أخرى، هي السليلوز و hemicellulose أجزاء السكاريد من الكتلة الأحيائية الليجنوسليولوزيه. السليلوز يتكون من وحدات الجلوكوز مرتبطة بالروابط glycosidic β(1→4)، بينما تتكون hemicellulose السكريات C5، C6 السكريات والأحماض السكر مرتبطة معا بيتا (1→4)، β (1→3) وبيتا (1→6) سندات جليكوسيديك2،3. جنبا إلى جنب مع مختلف الليجنوسليولوزيه الكتلة الحيوية (تفل قصب السكر، وقشر الأرز، وقش القمح، إلخ.) والكتلة الأحيائية السليلوز الجوت أيضا تنتج بكميات كبيرة جداً (98%ca. في عام 2014) في آسيا مقارنة بإنتاج الجوت الإجمالي في العالم. وتنتج الهند 1.96 × 10 طن متري6 الجوت الكتلة الحيوية بينما تنتج بنغلاديش 1.34 × 10 طن متري6 الجوت الكتلة الحيوية مقارنة بالإنتاج الكلي للكتلة الأحيائية الجوت في العالم (3.39 × 10 طن متري6 ) في عام 20144. الاستفادة من هذه الكتلة الحيوية غير الصالحة للأكل سوف لا تتعارض مع الطلب على الغذاء. ومن ثم فإنه من المفيد لاستخدامها كمخزون لتجميع مجموعة متنوعة من القيمة المضافة الكيميائية (إكسيلوسي، أرابينوز، فورفورال، 5-هيدروكسيميثيلفورفورال (همف)، إلخ). ووفقا "وزارة الطاقة الأمريكية"، تعتبر فورفورال وهمف كبعض المواد الكيميائية أعلى كتلة بناء 30 المستمدة من الكتلة الأحيائية5. يتم الحصول عليها من إكسيلوسي أو مباشرة من hemicellulose فورفورال ويمكن تحويلها إلى العديد من المواد الكيميائية الهامة. حمض الأديبيك والفوران الميثيل ورباعي هيدرو الفوران من المواد الكيميائية الهامة التي تم الحصول عليها من فورفورال6. ومن ثم تحويل الكتلة الحيوية الليجنوسليولوزيه مثل الجوت الكتلة الحيوية إلى C5 السكريات وغيرها من المواد الكيميائية الهامة موضوع مهم.
تقارير واسعة النطاق المتاحة في مختلف أساليب الحفاز لتحويل الكتلة الحيوية الليجنوسليولوزيه إلى قيمة تضاف المواد الكيميائية. الأحماض المعدنية (HCl وح2هكذا4) والمحفزات غير المتجانسة (أمبيرليست، همور، هوسي، سابو-44، إلخ) واستخدمت كثيرا لتحويل hemicellulose والكتلة الحيوية الليجنوسليولوزيه إلى السكريات (السكريات بنتوز وهكسوز) والفوران (فورفورال وهمف)7،8. إعادة استخدام والصليه للأحماض المعدنية قضية رئيسية. مع محفز الحمضية الصلبة، ارتفاع درجة الحرارة والضغوط غير المطلوبة ليحدث رد فعل على سطح الحافز. للتغلب على هذه المشكلات، ترد ILs مؤخرا لتثمين الكتلة الحيوية كمحفز أو المذيبات9،10،،من1112،،من1314. استخدام إيل كمذيب ليست أفضل طريقة بسبب تكلفتها أعلى، وانخفاض ضغط البخار من ILs أن يخلق صعوبة في فصل المنتج. ولذلك، من الضروري استخدام إيل القابلة لإعادة التدوير كعامل حفاز (بكميات قليلة) في نظام مياه المذيبات لتحويل الكتلة الحيوية إلى القيمة المضافة الكيميائية.
نقدم هنا، وسيلة لاستخدام 1-methyl-3-(3-sulfopropyl) كبريتات الهيدروجين إيميدازوليوم إيل الحمضية المحفز للتحويل المباشر ل pentosan الموجودة في الكتلة الأحيائية الجوت في مونومرات السكر دون أي معالجة مسبقة. عادة، هي ذكرت ILs للمعالجة المسبقة للكتلة الأحيائية الليجنوسليولوزيه10،15،،من1617 بينما تستخدم كمية كبيرة جداً من ILs للمعالجة المسبقة الكتلة الأحيائية. ومن ثم فإنها دائماً مفيدة لاستخدام إيل المحفز وتحويل الكتلة الحيوية الليجنوسليولوزيه إلى المواد الكيميائية دون أي معالجة إضافية. وعلاوة على ذلك، في هذا العمل، يتم حساب تركيز اللجنين في الكتلة الأحيائية الجوت استخدام أسلوب كلاسون التي يمكن تحويلها إلى مختلف مونومرات العطرية18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
العديد من المواد الكيميائية المستخدمة في عمل عرض سامة ومسببة للسرطان. الرجاء استخدام جميع ممارسات السلامة المناسبة عند إجراء توليف إيل ومعالجة الكتلة الحيوية.
1-إعداد إيل الحمضية
- إضافة 7.625 mmol من سلتون 1، 3-البروبان في 50 مل جولة قارورة أسفل ثم قم بإغلاق قارورة مع الغشاء المطاطي.
- إضافة 7.625 mmol من 1-ميثيليميدازولي إلى 7.625 mmol من 1, 3-بروبانيسولتوني ببطء (10 دقيقة) في 0 درجة مئوية باستخدام المحاقن (1 مل).
- بعد اكتمال إضافة 1-ميثيليميدازولي و 1، 3-بروبانيسولتوني، إضافة 15 مل تولوين الجاف والجزر المخلوط ح 16 على 120 درجة مئوية للحصول على زويتيريون الصلبة.
- فصل في زويتيريون من التولوين استخدام الترشيح ويغسل زويتيريون مع 40 مل تولوين. لتجفيف زويتيريون، اضبط درجة حرارة الفرن إلى 80 درجة مئوية. وبمجرد الفرن درجة حرارة تصل إلى 80 درجة مئوية، نضع العينة في الفرن ح 4 وثم استخدم زويتيريون المجفف في الخطوة التالية.
- إضافة حمض الكبريتيك إلى قارورة قاع الجولة التي تحتوي على زويتيريون (جزيئات متساوية من زويتيريون وحمض الكبريتيك) استخدام ميكروبيبيتي 1,000 ميليلتر. ثم الاتصال قارورة قاع الجولة مكثف ارتداد. الحرارة ويقلب الخليط عند 110 درجة مئوية ح 12 للحصول على إيل المرجوة.
ملاحظة: يتم التفاعل بين حمض الكبريتيك وزويتيريون من دون أي مذيب. - بعد توليف إيل الحمضية، تميز باستخدام 1ح وأطياف "الرنين المغناطيسي النووي ج" 13.
2-تحديد الحموضة هاميت (حس)
- إضافة 10 مغ المؤشر-نيتروانيليني ففي قارورة حجمي 1 لتر ثم قم بإضافة الماء المقطر لجعل حل 1 لتر. اهتز الحل جيدا باليد لمدة 2 دقيقة وترك الحل ح 1 مزيج فنيتروانيليني في الماء (حل فارغ).
- إضافة 1.59 ميللي مول من أيون H+ للعامل الحفاز حمض (HCl/ح2هكذا4/الحمضية إيل) إلى 50 مل فنيتروانيليني مؤشر الحل ويهز الحل باليد لخلط (نموذج الحل).
ملاحظة جميع المواد الحفازة حمض يستخدم في العمل الحالي (HCl، ح2هكذا4، وايل الحمضية) تضاف على حدة في حل مؤشر 50 مل (الجدول 1) لتحديد الحموضة هاميت (حس). - القيام بقياس الأشعة فوق البنفسجية فارغة الحل (فنيتروانيليني) ونموذج الحل (محفز يتضمن الحل فنيتروانيليني) وتحديد Amax من فنيتروانيليني.
- وأخيراً حساب تركيزات المولى أونبروتوناتيد [I] وحلول مؤشر البروتونية [IH+] باستخدام قيمة Amax فنيتروانيليني وعينه الحلول. ثم حساب حس باستخدام المعادلة أدناه2
معادلة 1
حيث pK(I)عبد القدير هو pK المؤشر p-نيتروانيليني في الماء (pKa = 0.99)، و [أنا] و [IH+] هي تركيزات المولى أونبروتوناتيد والبروتونية الحلول المؤشر، على التوالي.
معادلة 13-تحليل الكتلة الأحيائية الجوت
-
تحليل بينتوسان
ملاحظة: الكتلة الأحيائية الجوت فرن المجففة عند 105 درجة مئوية ح 16 في الفرن.- إضافة الجيل الثالث 3g فرن المجففة الجوت الكتلة الحيوية في 1 ل جولة قارورة أسفل ثم قم بإضافة 100 مل من 3.85 HCl ن الحل في ذلك.
- الاتصال قارورة إلى جهاز التقطير وابدأ التحريك والتدفئة حيث أن الحل يبدأ الغليان.
- إضافة 250 مل HCl ن 3.85 dropwise استخدام قمع إلى قارورة قاع الجولة التي تحتوي على الكتلة الأحيائية الجوت وحل HCl.
- الحفاظ على وحدة تخزين ثابتة (100 مل) في قارورة أسفل جولة خلال التقطير بإضافة 3.85 HCl ن حل دروبويسي.
- إيقاف التجربة عندما يتم جمع 220 مل من المنتجات المكررة. ثم تخفف من المنتجات المكررة التي تم جمعها إلى 500 مل بالماء المقطر.
- تحليل العينة باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية-المرئية وسجل امتصاص في 280 نانومتر.
- تحديد النسبة المئوية بينتوسان وفقا للصيغة التالية باستخدام قيمة امتصاص وتخفيف:
المعادلة 2
ملاحظة: يتم استدعاء هذا الأسلوب "الرابطة التقنية" لب الورق وصناعة الورق (TAPPI) طريقة لتحليل بينتوسان9،19. تكرار التجربة مرتين إلى ثلاث مرات وأن متوسط قيمة % بينتوسان. إذا لزم الأمر، تخفف من المنتجات المكررة التي تم جمعها للحصول على امتصاص إلى الحد الأمثل.
-
تحليل اللجنين
ملاحظة: إزالة الرطوبة الموجودة في الكتلة الأحيائية الجوت قبل استخدامه لتحليل اللجنين. الحفاظ على الكتلة الأحيائية الجوت في فرن عند 105 درجة مئوية ح 16 لإزالة الرطوبة.- أضف 1 غرام من الكتلة الأحيائية الجوت في قنينة 50 مل، ثم قم بإضافة 15 مل من وزن72 ٪ ح2حتى4 في القنينة التي تحتوي على الكتلة الأحيائية الجوت. يقلب الخليط باستخدام لوحة الساخن مع التحريك مرفق عند 30 درجة مئوية ح 2.
- إضافة 150 مل ماء المقطر في 1 ل جولة قارورة السفلي ونقل العينة هضمها الكتلة الحيوية (موجودة في القنينة) قارورة.
- غسل القنينة مع 195 مل مياه ونقل السائل غسلها في 1 ل جولة أسفل قارورة تحتوي على الكتلة الأحيائية هضمها.
- ارتداد الحل بالنسبة ح 4 وبارد ثم قارورة قاع الجولة إلى درجة حرارة الغرفة. انتظر ح 12 اللجنين غير قابلة للذوبان والرماد ليستقر.
- تصفية الحل باستخدام بوتقة G2 للحصول على اللجنين غير قابلة للذوبان مع الرماد. ثم تغسل الصلبة غير قابلة للذوبان مع 150 مل ماء الساخن لجعلها خالية من الأحماض.
- الجافة الصلبة (اللجنين + الرماد) عند 60 درجة مئوية ح 16 في الفرن وكذلك الجافة 105 درجة مئوية ح 1 في الفرن.
- الاحتفاظ العينة في مجففة واتخاذ الوزن عندما يتم تبريده العينة. اللجنين التي تم الحصول عليها في هذه المرحلة يحتوي على الرماد، ومن ثم تسمى اللجنين التي لم يتم تصحيحها.
- إجراء التصحيح الرماد بتدفئة العينة التي تم الحصول عليها في 650 درجة مئوية ح 5 حضور الهواء. تحديد الرماد التصحيح باستخدام الصيغة التالية:
المعادلة 3
المعادلة 2
المعادلة 3
4-تحويل بينتوسان من الجوت الكتلة الحيوية إلى السكريات
- إضافة ز 2 فرن المجففة الجوت الكتلة الحيوية إلى ضغط عالي ودرجة حرارة عالية دفعة المفاعل (160 مل بار المفاعل). إضافة 60 مل مياه جنبا إلى جنب مع ز 0.24 إيل الحمضية، وزيادة درجة الحرارة إلى 160 درجة مئوية.
- تعيين سرعة إثارة إلى 200 لفة في الدقيقة، بينما يتم تدفئة المفاعل تصل إلى 160 درجة مئوية. حالما يتم التوصل إلى درجة حرارة 160 درجة مئوية، زيادة سرعة إثارة إلى 600 دورة في الدقيقة.
- مواصلة رد فعل ح 1. ثم إنقاص سرعة إثارة إلى 200 لفة في الدقيقة وتوقف التدفئة.
- السماح للمفاعل ليبرد لدرجة حرارة الغرفة. تتوقف الإثارة وفتح المفاعل وفصل الصلبة من خليط التفاعل. أداء تحليل رد فعل المخلوط باستخدام [هبلك].
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
المبلغ المحدد ل pentosan واللجنين المستردة من الكتلة الحيوية يعتمد على النوع من الكتلة الحيوية الليجنوسليولوزيه. أنواع مماثلة من الكتلة الحيوية الليجنوسليولوزيه التي تم جمعها من أماكن مختلفة يمكن أن يكون تركيز مختلف pentosan واللجنين. الجوت الكتلة الحيوية المستخدمة في هذه الدراسة يحتوي على 20% wtpentosan واللجنين 14 wt%.
ويبين الشكل 1 مقارنة النشاط الحفاز للأحماض المعدنية (ح2هكذا4 و HCl) وايل الحمضية لتحويل الكتلة الحيوية الجوت إلى C5 السكريات. ردود الفعل التي أجريت في المياه في 160 درجة مئوية (ح 1) باستخدام نفس كمية حمض حمض المواد الحفازة (أي، ملمول 1.59 من ح+). وتستخدم إيل غير حمضية وحمضيه إيل بتركيز مولى مماثلة (0.79 مليمول). كذلك مقارنة بنشاط الحفاز إيل دون أي الحموضة برونستد (كلوريد 1-بوتيل-3-ميثيليميدازوليوم).
ويبين الشكل 2 1ح و 13وصف "الرنين ج" إيل الحمضية المستخدمة في هذه الدراسة. أطياف الرنين المغناطيسي النووي (1ح و 13ج) إيل الحمضية ويبين لا قمم إضافية خلاف حمض إيل؛ وهذا يؤكد أن إيل الحمضية توليفها نقية. ويبين الشكل 3 زرد من الكتلة الأحيائية الجوت قبل فصل اللجنين وزرد من اللجنين المنفصل من الكتلة الأحيائية الجوت.
ويعرض الجدول 1 الحموضة هاميت تحليل الدالة (حس) جميع المواد الحفازة. تم إجراء التحليل باستخدام المؤشر-نيتروانيليني فالذي يوفر المعلومات حول قوة حمض.
رقم 1: تحويل بينتوسان الموجودة في الكتلة الأحيائية الجوت C5 السكريات وفورفورال. رد فعل الشرط: الجوت الكتلة ز 2، محفز 1.59 mmol من ح+ (إيل وايل الحمضية المستخدمة مع نفس الخلد أي، ملمول 0.79)، 60 مل الماء، 160 درجة مئوية، حاء 1 الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
رقم 2: 1ح و 13"ج الرنين المغناطيسي النووي" لايل الحمضية (كبريتات الهيدروجين 1-methyl-3-(3-sulfopropyl)-imidazolium)- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: حيود الأشعة السينية- () زرد من الجوت الكتلة الحيوية و (ب) زرد اللجنين المستخرجة من الكتلة الأحيائية الجوت. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
| محفز | ماكس | [I] % | % [IH+] | ح0 |
| فارغة | 0.991 | 100 | 0 | -- |
| قائمة توافق الأجهزة | 0.753 | 76 | 24 | 1.5 |
| ح2حتى4 | 0.8 | 80.72 | 19.28 | 1.62 |
| إيل الحمضية | 0.787 | 79.4 | 20.6 | 1.57 |
| IL غير الحمضية | 0.991 | 100 | -- | -- |
الجدول 1: تحديد وظيفة الحموضة هاميت (حس) من المواد الحفازة المختلفة. في كل القياسات، مختلطة حافزا (1.59 ملمول ح+) مع 50 مل من فنيتروانيليني الحل في الماء (تم إضافة 10 مغ من فنيتروانيليني في 1 لتر الماء، pKa فنيتروانيليني = 0.99).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
بينتوسان الحالي في الجوت تحويل الكتلة الحيوية إلى C5 مونومرات السكر يتجلى في استخدام مختلف متجانسة برونستد المحفزات الحمضية مثل ح2هكذا4، HCl، وايل الحمضية. وعلاوة على ذلك، كان مقارنة نتيجة الحفاز لايل الحمضية مع إيل دون الحموضة (كلوريد 1-بوتيل-3-ميثيليميدازوليوم). وأجريت جميع ردود الفعل في اﻷوتوكﻻف بار في 160 درجة مئوية في المياه. وأظهر استخدام إيل الحمضية التحويل pentosan أعلى بالمقارنة مع متجانسة الأحماض المستخدمة في هذا العمل (الأحماض المعدنية ح2هكذا4 و HCl). وتشير النتائج إلى أن المعارض إيل الحمضية أعلى محصول السكر C5 (76 في المائة) بينما الأحماض المعدنية تظهر تدني المحاصيل (HCl 49% وح2حتى4 57% من C5 السكر الغلة) لتحويل بينتوسان إلى السكريات. تستخدم محفز الأحماض المعدنية وايل الحمضية في كميات حمض مماثلة (1.59 mmol من ح+) لتجنب عواقب الحموضة محفز متباينة. رد فعل قام باستخدام إيل غير الحمضية ودون حافز أظهرت غلة السكر C5 منخفضة جداً. وهذا يعني ضمناً أن إيل الحمضية حافزا أفضل لتحويل pentosan مونومرات السكر مقارنة بالأحماض المعدنية. وعلاوة على ذلك، حموضة إيل ضروري لرد الفعل هذا لنوع مماثل من إيل غير الحمضية ليست نشطة في هذا الرد.
يمكن أيضا استخدام إيل الحمضية لتحليل بينتوسان الموجودة في الكتلة الأحيائية الليجنوسليولوزيه لأنها تنتج عائد عالية جداً من C5 السكر مونومرات (76 في المائة) وفورفورال (12%). هذا الأسلوب أكثر متفوقة مقارنة بالطريقة الموضحة في القسم 3.1 يستخدم 3.85 N HCl، ووقت رد الفعل أطول (ca. ح 24). يمكن كذلك تحويلها إلى الفوران (فورفورال ومختلف مشتقات الفوران) السكريات التي تم الحصول عليها باستخدام إيل الحمضية أو مهدرج في xylitol أو أرابيتول. الأهم من ذلك، باستخدام هذا الأسلوب من الممكن لاسترداد السكريات C5 كمنتجات التحلل المائي بينتوسان. ومع ذلك، استرداد pentosan لا يمكن من الطريقة الموضحة في القسم 3.1 سبب pentosan تبطئ في الفوران في تركيز HCl19. ILs انخفاض ضغط البخار ومن ثم، هناك احتمال انخفاض إيل التبخر أثناء هذه العملية، مما يجعل هذه العملية أكثر أمنا بيئياً. وعلاوة على ذلك، الصلية وإمكانية إعادة التدوير من HCl هو المسألة الرئيسية مع المعالجة20،HCl21. من ناحية أخرى، يمكن استخدام المبالغ الحفاز لايل الحمضية عملية التحويل بينتوسان إعادة تدويرها.
وأظهرت نتائج الحموضة (حس) هاميت أن إيل الحمضية بقوة حمض أعلى (حس = 1.57) مقارنة ح2هكذا4 (حس = 1.62)؛ ولذلك، كان أداؤها أفضل من ح2محفز4 هكذا. ومع ذلك، إيل الحمضية يبلغ قوامها حمض أقل مقارنة مع HCl. ومع ذلك، أداؤها أفضل من محفز HCl لأنها مفيدة لتفاعل أيون-ثنائي قطب أفضل مع السكريات الموجودة في الكتلة الحيوية الليجنوسليولوزيه2. وعلاوة على ذلك، إيل الحمضية المستخدمة في هذا العمل مستقرة حرارياً تحت درجة حرارة 300 درجة مئوية (تحليلها باستخدام تحليل ثيرموجرافيميتريك) في حين أنها مستقرة هيدروثيرمالي تحت درجة حرارة 180 درجة مئوية (0.6 غ إيل الحمضية ساخنة في 60 مل من الماء عند 180 درجة مئوية عن ح 3)2 .
بالإضافة إلى ذلك، يجري فصل اللجنين من الجوت الكتلة الحيوية باستخدام الأسلوب كلاسن (قسم 3.2). الجوت الكتلة الحيوية المستخدمة في العمل الحالي يحتوي على 14 wt% اللجنين. اللجنين فصلها عن الكتلة الأحيائية الجوت النقي ويحتوي على أقل بكثير الرماد (< 1%)، كذلك يمكن تحويلها إلى مونومرات العطرية.
يتم إنجاز تحليل تركيز pentosan واللجنين باستخدام الأحماض المعدنية (HCl وح2هكذا4). وعلاوة على ذلك، أجرى إيل الحمضية المستخدمة لتحويل بينتوسان الموجودة في الكتلة الأحيائية الجوت أظهر غلة ممتازة C5 السكريات (76 في المائة) وفورفورال (12 في المائة) إلى جانب ليغومرات 5-10 ٪، ورد فعل في المياه باستخدام كمية صغيرة من إيل الحمضية دون أي خارجي الضغط والمعالجة. وعلاوة على ذلك، يسلك إيل الحمضية ما يزيد على 90% pentosan التحويل (تحويل pentosan حسبت مع مساعدة غلة C5 السكريات وفورفورال، وليغومرات).
لقد قمنا بتطوير طريقة لتحويل بينتوسان الموجودة في الكتلة الأحيائية الجوت إلى C5 السكريات، ولكن يمكن تطبيق هذه الطريقة أيضا لتحديد تركيز pentosan الموجودة في الكتلة الأحيائية الجوت. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحديد تركيز pentosan الموجودة في الكتلة الليجنوسليولوزيه أخرى مختلفة باستخدام هذا الأسلوب.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدينا شيء الكشف عنها.
Acknowledgments
ونود أن نشكر وزارة العلوم والتكنولوجيا (معظم) من تايوان (104-2628-E-002-008-MY3؛ 105-2218-ه-155-007؛ 105-2221-E-002-003-MY3؛ 105-2221-E-002-227-MY3؛ 105-2622-E-155-003-CC2) والهدف "أعلى مشروع جامعة" تايوان الوطنية جامعة (105R7706) لدعم التمويل. ونحن ممتنون للبنك للتمويل الجزئي لهذا العمل من خلال مشروع فرعي للتعليم العالي الجودة تعزيز المشروع (هيقيب)، 2071 # اقتراح كاملة. وأيد هذا العمل أيضا جزئيا AIIM جامعة ولونغونغ (التمويل للذهب).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1-Methylimidazole | Sigma Aldrich | M50834 | |
| 1,3-Propanesultone | Sigma Aldrich | P50706 | Moisture sensitive |
| p-nitroaniline | Sigma Aldrich | 185310 | |
| Toluene | J. T. Baker | 9460-03 | |
| Sulfuric acid | Honeywell-Fluka | 30743 | Highly corrosive |
| Hydrochloric acid | Honeywell-Fluka | 30719 | Highly corrosive |
| 1-butyl-3-methylimidazolium chloride | Sigma Aldrich | 900856 | Highly hygroscopic |
| D(+)-Xylose | Acros Organics | 141001000 | |
| L(+)-Arabinose | Acros Organics | 104981000 | |
| UV-Spectrometer | JASCO | V-670 | |
| Parr reactor | Parr USA | Seriese 4560 | |
| Parr reactor controller | Parr USA | Seriese 4848 | |
| High pressure liquid chromatography (HPLC) | JASCO | Seriese LC-2000 | |
| Digital hot plate stirrer | Thermo Scientific | SP142020-33Q Cimarec | |
| Oven furnace | Thermal Scientific | FB1400 Thermolyne blast oven furnace |
References
- Demirbaş, A. Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals. Energy Convers. Manage. 42 (11), 1357-1378 (2001).
- Matsagar, B. M., Dhepe, P. L. Brönsted acidic ionic liquid-catalyzed conversion of hemicellulose into sugars. Catal. Sci. Technol. 5 (1), 531-539 (2015).
- Matsagar, B. M., Dhepe, P. L. Effects of cations, anions and H+ concentration of acidic ionic liquids on the valorization of polysaccharides into furfural. New J Chem. 41 (14), 6137-6144 (2017).
- Food and Agriculture Organization of the United Nations. , Available from: http://faostat3.fao.org/download/Q/QC/E (2014).
- Costa Lopes, A. M., Morais, A. R. C., Łukasik, R. M. Sustainable Catalytic Strategies for C5-Sugars and Biomass Hemicellulose Conversion Towards Furfural Production. Production of Platform Chemicals from Sustainable Resources. , Springer Singapore. 45-80 (2017).
- Matsagar, B. M., Munshi, M. K., Kelkar, A. A., Dhepe, P. L. Conversion of concentrated sugar solutions into 5-hydroxymethyl furfural and furfural using Bronsted acidic ionic liquids. Catal. Sci. Technol. 5 (12), 5086-5090 (2015).
- Gürbüz, E. I., et al. Conversion of Hemicellulose into Furfural Using Solid Acid Catalysts in γ-Valerolactone. Angew Chem Int Ed. 52 (4), 1270-1274 (2013).
- Filiciotto, L., Balu, A. M., Van der Waal, J. C., Luque, R. Catalytic insights into the production of biomass-derived side products methyl levulinate, furfural and humins. Catal Today. 302, 2-15 (2017).
- Matsagar, B. M., et al. Direct Production of Furfural in One-pot Fashion from Raw Biomass Using Brønsted Acidic Ionic Liquids. Sci. Rep. 7 (1), 13508 (2017).
- Gschwend, F. J. V., et al. Pretreatment of Lignocellulosic Biomass with Low-cost Ionic Liquids. J Vis Exp. (114), e54246 (2016).
- Xu, F., et al. Transforming biomass conversion with ionic liquids: process intensification and the development of a high-gravity, one-pot process for the production of cellulosic ethanol. Energy Environ. Sci. 9 (3), 1042-1049 (2016).
- Sun, J., et al. One-pot integrated biofuel production using low-cost biocompatible protic ionic liquids. Green Chem. 19 (13), 3152-3163 (2017).
- Nguyen, C. V., et al. Combined treatments for producing 5-hydroxymethylfurfural (HMF) from lignocellulosic biomass. Catal Today. 278 (Part 2), 344-349 (2016).
- Yan, N., Yuan, Y., Dykeman, R., Kou, Y., Dyson, P. J. Hydrodeoxygenation of Lignin-Derived Phenols into Alkanes by Using Nanoparticle Catalysts Combined with Brønsted Acidic Ionic Liquids. Angew Chem Int Ed. 49 (32), 5549-5553 (2010).
- Weerachanchai, P., Lee, J. -M. Recyclability of an ionic liquid for biomass pretreatment. Bioresour. Technol. 169 (Supplement C), 336-343 (2014).
- Shill, K., et al. Ionic liquid pretreatment of cellulosic biomass: Enzymatic hydrolysis and ionic liquid recycle. Biotechnol Bioeng. 108 (3), 511-520 (2011).
- Tadesse, H., Luque, R. Advances on biomass pretreatment using ionic liquids: An overview. Energy Environ. Sci. 4 (10), 3913-3929 (2011).
- Agirrezabal-Telleria, I., Gandarias, I., Arias, P. L. Production of furfural from pentosan-rich biomass: Analysis of process parameters during simultaneous furfural stripping. Bioresour. Technol. 143 (Supplement C), 258-264 (2013).
- Yingying, L., et al. An Improved Method for Determination of Pentosans in Pulps using Dual-Wavelength Spectroscopy. BioResources. 11 (3), 6801-6807 (2016).
- Kumar, A. K., Sharma, S. Recent updates on different methods of pretreatment of lignocellulosic feedstocks: a review. Bioresour. Bioprocess. 4 (1), 7 (2017).
- 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).
