Pentosan analizi için yeni bir yöntem mevcut Jüt biyokütle ve şeker monomerleri asidik iyonik sıvı kullanarak içine onun dönüşüm
Summary
Biz Brønsted asidik iyonik sıvılar (BAILs) varlığı su katalizör ile bir yenilenebilir olmayan yenilebilir lignocellulosic biyokütle (yani, jüt) C5 şekerler (ksiloz ve arabinoz) sentezi için bir iletişim kuralı mevcut. BAILs katalizör geleneksel mineral asit katalizörler daha iyi katalitik performans sergiledi (H2SO4 ve HCl).
Abstract
Son zamanlarda, iyonik sıvılar (ILS) için biyokütle valorization değerli kimyasallar içine termal istikrar, daha düşük buhar basıncı, zor olmayan, yüksek ısı kapasitesi ve ayarlanabilir çözünürlük ve asit gibi dikkat çekici özellikleri nedeniyle kullanılır. Burada, biz C5 şekerler (ksiloz ve arabinoz) sentezi için bir yöntem pentosan Jüt biyokütle bir one-pot sürecinde mevcut üzerinden Brønsted asidik 1-methyl-3-(3-sulfopropyl)-imidazolium hidrojen sülfat IL katalitik bir miktarda kullanarak göstermek. Asidik IL laboratuarda sentezlenir ve NMR spektroskopik saflığı anlamak için yöntemlerle karakterize. Kefalet çeşitli özelliklerini asit gücü gibi katalizör (250 ° C) daha yüksek bir sıcaklıkta stabil ve çok yüksek asit gücü (HEy 1.57) sahip gösterdi termal ve hidrotermal istikrarı ölçülür. Asidik IL üzerinde pentosan yüzde 90’ını şekerler furfural dönüştürür. Bu nedenle, bu çalışma sunan yönteminde de pentosan konsantrasyon lignocellulosic biyokütle, diğer türlü değerlendirme için istihdam edilebilir.
Introduction
O bir fosil feedstocks yerine gelecek vaat eden adayların kılan sürdürülebilir, ucuz ve fosil kaynakları, aksine eşit olarak dağıtılmış olduğu biyokütle bir yenilenebilir enerji ve kimyasal kaynağı olarak büyük bir potansiyele sahiptir. Tahmini lignocellulosic biyokütle 146 milyar ton başına yıl1yapımıdır. Lignocellulosic biyokütle çoğunlukla lignin, selüloz, hemiselüloz onun üç önemli bileşenleri oluşur. Lignin phenylpropanoid birimlerinden yapılan aromatik bir polimerdir; Öte yandan, selüloz, hemiselüloz lignocellulosic biyokütle polisakkarit parçaları vardır. Koful C5 şekerler, C6 şeker ve β (1→4), β (1→3) ve β (1→6) glycosidic tahvil2,3tarafından birbirine bağlı şeker asitler oluşur ise selüloz glikoz birimleri tarafından β(1→4) glycosidic bağlantı, bağlı oluşur. Çeşitli lignocellulosic biyokütle ile birlikte (küspeleri, pirinç kabuğu, buğday samanı, vb), jüt lignocellulose biyokütle da çok büyük miktarlarda (ca. %98 2014 yılında) Asya’da dünyanın toplam Jüt üretim göre üretilmektedir. Süre Bangladeş x 106 metrik ton Jüt biyokütle 20144x 106 metrik ton (3.39) dünyada toplam üretimi karşılaştırıldığında Jüt biyokütle 1,34 üretmek Hindistan x 106 metrik ton Jüt biyokütle 1,96 üretir. Bu yenilebilir olmayan biyokütle kullanımı gıda talebi ile çatışma değil. Bu nedenle, bir hisse senedi katma değer çeşitli sentezleme için kullanmak faydalıdır kimyasallar (ksiloz, arabinoz, furfural, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), vb). ABD Enerji Bakanlığı’nın göre furfural ve HMF bazı biyokütle5elde edilen en iyi 30 yapı taşı kimyasal olarak kabul edilir. Furfural ksiloz veya doğrudan koful elde edilir ve birçok önemli kimyasal dönüştürülebilir. Furfuryl alkol, metil furan ve tetrahydrofuran furfural6‘ dan elde edilen önemli kimyasal maddelerdir. Bu nedenle, jüt biyokütle gibi lignocellulosic biyokütle çevrimi C5 şekerler ve diğer önemli kimyasal içine önemli bir konudur.
Değeri lignocellulosic biyokütle dönüşüm için çeşitli katalitik yöntemlerde kullanılabilir kimyasal maddeler eklenir kapsamlı raporlar. Mineral asitler (HCl ve H2SO4) ve türdeş olmayan Katalizörler (Amberlyst, HMOR, HUSY, SAPO-44, vb) önemli ölçüde şeker (şeker pentoz ve heksoz) koful ve lignocellulosic biyokütle dönüşüm için kullanılmıştır ve furans (furfural ve HMF)7,8. Yeniden kullanılabilirliği ve mineral asit corrosiveness önemli bir konudur. Reaksiyon katalizör yüzeyde oluşur çünkü ancak, katı asit katalizör ile daha yüksek sıcaklık ve basınç gereklidir. Bu sorunları aşmak için son zamanlarda ILS rapor edilmektedir biyokütle olarak bir katalizör ya da solvent9,10,11,12,13,14valorization için. Bir çözücü olarak IL kullanımı daha kullanışlı bir yöntem onun yüksek maliyeti ve daha düşük buhar basıncı zorluk ürün ayırma oluşturur ILS yüzünden değil. Bu nedenle, geri dönüşümlü IL (küçük miktarlarda) bir katalizör bir su çözücü sistemi biyokütle dönüştürülmek üzere katma değer kullanım için şarttır kimyasallar.
Burada, 1-methyl-3-(3-sulfopropyl) imidazolium hidrojen sülfat asitli IL pentosan Jüt biyokütle mevcut doğrudan dönüşüm içine şeker monomerleri olmadan herhangi bir ön katalizör kullanılmak üzere bir yöntem mevcut. Genellikle, ILS bildirilir lignocellulosic biyokütle10,15,16,17 Önarıtma için ILS çok büyük miktarda biyokütle Önarıtma için kullanılır. Bu nedenle, bu her zaman IL katalizör kullanmak için ve herhangi bir ek tedavi kimyasallar lignocellulosic biyokütle dönüştürmek için avantajlıdır. Ayrıca, mevcut çalışma, jüt biyokütle sunulan lignin konsantrasyon çeşitli aromatik monomerleri18dönüştürülmüş olabilir Klason yöntemi kullanılarak hesaplanır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Pentosan SO4, HCl ve asidik IL içine şeker monomer gösterdi H2gibi çeşitli homojen Brønsted asidik katalizörler kullanarak C5 Jüt biyokütle dönüşüm içinde mevcut. Ayrıca, katalitik sonucu asidik IL IL olmadan asit (1-butil-3-methylimidazolium klorür) ile karşılaştırıldı. Bütün tepkiler su 160 ° C’de Parr Otoklav içinde gerçekleştirilmiştir. Asidik IL kullanımını gösterdi zaman homojen asitler Bu çalışmada kullanılan göre en yüksek pentosan dönüşüm (mineral …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bakanlığı Bilim ve teknoloji (çoğu) Tayvan teşekkür etmek istiyorum (104-2628-E-002-008-MY3 105-2218-E-155-007; 105-2221-E-002-003-MY3; 105-2221-E-002-227-MY3; 105-2622-E-155-003-CC2) ve Top Ulusal Tayvan Üniversitesi Projesi için amaç Üniversitesi (105R7706) finansman desteği için. Biz bu çalışma sayesinde bir alt proje, yüksek eğitim kalite geliştirme projesi (HEQEP), tam teklif #2071 kısmi finansman için Dünya Bankası için müteşekkiriz. Bu eser de kısmen (altın fon) Üniversitesi Wollongong’ın AIIM tarafından desteklenmiştir.
Materials
| 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).
- 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. , 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).
