Pentosan के लिए एक उपंयास विधि जूट बायोमास में मौजूद विश्लेषण और चीनी मोनोमर अम्लीय ईओण तरल का उपयोग कर में अपने रूपांतरण
Summary
हम एक अक्षय गैर-खाद्य lignocellulosic बायोमास से (यानी, जूट) Brønsted अम्लीय ईओण तरल पदार्थ (जमानत) के रूप में पानी में उत्प्रेरक की उपस्थिति के साथ C5 शर्करा (xylose और arabinose) के संश्लेषण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं । जमानतों उत्प्रेरक पारंपरिक खनिज एसिड उत्प्रेरक (एच2तो4 और एचसीएल) की तुलना में बेहतर उत्प्रेरक प्रदर्शन का प्रदर्शन किया ।
Abstract
हाल ही में, ईओण तरल पदार्थ (आईएलएस) बायोमास valorization के लिए मूल्यवान रसायनों में इस तरह के थर्मल स्थिरता, कम वाष्प दबाव, गैर वायुम, उच्च गर्मी क्षमता, और स्वरित्र घुलनशीलता और अंलता के रूप में उनके उल्लेखनीय गुणों की वजह से उपयोग किया जाता है । यहाँ, हम Brønsted अम्लीय 1-मिथाइल-3-(3-sulfopropyl)-imidazolium हाइड्रोजन सल्फेट आईएल की एक उत्प्रेरक राशि का उपयोग करके एक पॉट प्रक्रिया में जूट बायोमास में मौजूद pentosan से C5 शर्करा (xylose और arabinose) के संश्लेषण के लिए एक विधि का प्रदर्शन. अंलीय आईएल प्रयोगशाला में संश्लेषित और इसकी शुद्धता को समझने के लिए एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीक का उपयोग कर विशेषता है । जमानत के विभिंन गुणों ऐसे एसिड शक्ति, थर्मल और जलतापीय स्थिरता के रूप में मापा जाता है, जो पता चला है कि उत्प्रेरक एक उच्च तापमान (२५० डिग्री सेल्सियस) पर स्थिर है और बहुत उच्च एसिड शक्ति (एचo १.५७) के पास । अंलीय आईएल शर्करा और furfural में pentosan के ९०% से अधिक धर्मांतरित । अतः इस अध्ययन में प्रस्तुत पद्धति को अन्य प्रकार के lignocellulosic बायोमास में pentosan एकाग्रता के मूल्यांकन के लिए भी नियोजित किया जा सकता है.
Introduction
बायोमास एक अक्षय ऊर्जा और रासायनिक स्रोत के रूप में महान क्षमता है, क्योंकि यह टिकाऊ है, सस्ती है, और समान रूप से जीवाश्म संसाधनों के विपरीत वितरित, जो यह होनहार उंमीदवारों की जगह के लिए जीवाश्म टाक से एक है । lignocellulosic बायोमास का अनुमानित उत्पादन प्रति वर्ष1, १४६,०००,०००,००० मीट्रिक टन है । lignocellulosic बायोमास मुख्य रूप से lignin, फाइबर, और hemicellulose के अपने तीन प्रमुख घटकों के रूप में शामिल है । Lignin एक खुशबूदार बहुलक phenylpropanoid इकाइयों से बनाया गया है; दूसरी ओर, फाइबर और hemicellulose lignocellulosic बायोमास के polysaccharide भागों हैं । फाइबर β (1 → 4) glycosidic लिंकेज से जुड़े ग्लूकोज इकाइयों से बना है, जबकि hemicellulose C5 शर्करा, सी 6 शर्करा, और चीनी एसिड β (1 → 4), β (1 → 3) और β (1 → 6) glycosidic बांडों2,3द्वारा एक साथ जुड़ा हुआ है से बना है । विभिंन lignocellulosic बायोमास (विनर्माण, चावल भूसी, गेहूं का भूसा, आदि) के साथ-साथ, जूट lignocellulose बायोमास का उत्पादन भी बहुत बड़ी मात्रा (सीए. ९८% में २०१४) एशिया में विश्व में कुल जूट उत्पादन की तुलना में होता है । भारत जूट बायोमास के १.९६ x 106 मीट्रिक टन का उत्पादन करता है जबकि बांग्लादेश दुनिया में जूट बायोमास के कुल उत्पादन की तुलना में जूट बायोमास का १.३४ x 106 मीट्रिक टन (३.३९ x 106 मीट्रिक टन) २०१४4में उत्पादन करता है. इस गैर खाद्य बायोमास के उपयोग के भोजन की मांग के साथ संघर्ष नहीं होगा । इसलिए, यह synthesizing के लिए एक शेयर के रूप में उपयोग करने के लिए लाभकारी है मूल्य वर्धित रसायन (xylose, arabinose, furfural, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), आदि) । अमेरिका के ऊर्जा विभाग के अनुसार, furfural और HMF शीर्ष 30 इमारत ब्लॉक के कुछ के रूप में बायोमास5से व्युत्पंन रसायन माना जाता है । Furfural xylose से या सीधे hemicellulose से प्राप्त की है और कई महत्वपूर्ण रसायनों में परिवर्तित किया जा सकता है । Furfuryl अल्कोहल, मिथाइल फ्रान, और tetrahydrofuran furfural6से प्राप्त महत्वपूर्ण रसायन हैं । इसलिए, lignocellulosic बायोमास का रूपांतरण जैसे कि C5 शर्करा और अन्य महत्वपूर्ण रसायनों में जूट बायोमास के रूप में एक महत्वपूर्ण विषय है.
व्यापक रिपोर्टों के मूल्य में lignocellulosic बायोमास के रूपांतरण के लिए विभिंन उत्प्रेरक तरीकों पर उपलब्ध है रसायन जोड़ा । खनिज एसिड (एचसीएल और एच2तो4) और विषम उत्प्रेरक (Amberlyst, HMOR, HUSY, SAPO-४४, आदि) में hemicellulose और lignocellulosic बायोमास के रूपांतरण के लिए काफी इस्तेमाल किया गया शर्करा (pentose और hexose शर्करा) और furans (furfural और HMF)7,8. खनिज अम्ल का पुनर्प्रयोज्य और corrosiveness एक प्रमुख मुद्दा है. हालांकि, ठोस एसिड उत्प्रेरक के साथ, उच्च तापमान और दबाव की आवश्यकता है क्योंकि प्रतिक्रिया उत्प्रेरक की सतह पर होता है । इन मुद्दों पर काबू पाने के लिए, हाल ही में आईएलएस एक उत्प्रेरक या विलायक9,10,11,12,13,14के रूप में बायोमास के valorization के लिए सूचित कर रहे हैं । एक विलायक के रूप में आईएल का उपयोग अपनी उच्च लागत और आईएलएस के कम वाष्प दबाव है कि उत्पाद जुदाई में कठिनाई पैदा करता है की वजह से एक बेहतर तरीका नहीं है । इसलिए, यह एक उत्प्रेरक (छोटी मात्रा में) के रूप में एक पानी विलायक प्रणाली में बायोमास रूपांतरण मूल्य के लिए रसायनों का उपयोग करने के लिए õ IL आवश्यक है ।
यहां, हम किसी भी उपचार के बिना चीनी मोनोमर में जूट बायोमास में वर्तमान pentosan के प्रत्यक्ष रूपांतरण के लिए उत्प्रेरक के रूप में imidazolium हाइड्रोजन सल्फेट अम्लीय आईएल 1-मिथाइल-3-(3-sulfopropyl) का उपयोग करने के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं । सामांयतः, आईएलएस lignocellulosic बायोमास10,15,16,17 जबकि आईएलएस की बहुत बड़ी मात्रा में बायोमास के इलाज के लिए प्रयोग किया जाता है के उपचार के लिए सूचित कर रहे हैं । इसलिए, यह हमेशा के लिए उत्प्रेरक के रूप में आईएल का उपयोग करें और किसी भी अतिरिक्त उपचार के बिना रसायनों में lignocellulosic बायोमास परिवर्तित लाभप्रद है । इसके अलावा, वर्तमान काम में, lignin एकाग्रता जूट बायोमास में प्रस्तुत Klason विधि है जो विभिंन खुशबूदार मोनोमर में परिवर्तित किया जा सकता है का उपयोग कर की गणना की है18।
Protocol
Representative Results
Discussion
C5 चीनी मोनोमर में जूट बायोमास रूपांतरण में मौजूद pentosan एच2तो4, एचसीएल, और अंलीय आईएल जैसे विभिन्न सजातीय Brønsted अंलीय उत्प्रेरक का उपयोग कर प्रदर्शन किया है । इसके अलावा, अंलीय आईएल के उत्प्रेरक परिण?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम विज्ञान और प्रौद्योगिकी (ताइवान के अधिकांश) (104-2628-E-002-008-MY3 के मंत्रालय का शुक्रिया अदा करना चाहूंगा; 105-2218-e-155-007; 105-2221-e-002-003-MY3; 105-2221-ए-002-227-MY3; 105-2622-ए-155-003-CC2) और राष्ट्रीय ताइवान में शीर्ष विश्वविद्यालय परियोजना के लिए उद्देश्य वित्त पोषण सहायता के लिए विश्वविद्यालय (105R7706) । हम उच्च शिक्षा गुणवत्ता संवर्धन परियोजना (HEQEP), #2071 पूरा प्रस्ताव के एक उपपरियोजना के माध्यम से इस काम के आंशिक धन के लिए विश्व बैंक के लिए आभारी हैं । यह काम भी आंशिक रूप से विश्वविद्यालय वॉलोंगॉंग के AIIM (गोल्ड फंडिंग) द्वारा समर्थित किया गया था ।
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 |
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