Um novo método para a análise de Pentosan presentes na biomassa de juta e sua conversão em monômeros de açúcar usando ácido líquido iônico
Summary
Apresentamos um protocolo para a síntese de açúcares C5 (xilose e arabinose) de uma renovável biomassa lignocelulósica não comestíveis (ou seja, juta), com a presença de Brønsted líquidos iônicos ácidos (bolas) como catalisador na água. O catalisador de bolas exibiu o melhor desempenho catalítico convencionais catalisadores ácidos minerais (H2SO4 e HCl).
Abstract
Recentemente, líquidos iônicos (ILs) são utilizados para valorização de biomassa em produtos químicos valiosos devido às suas propriedades notáveis tais como a estabilidade térmica, baixa pressão de vapor, não-inflamabilidade, maior capacidade de calor e solubilidade ajustável e acidez. Aqui, vamos demonstrar um método para a síntese de açúcares C5 (xilose e arabinose) o sódio presente na biomassa de juta, em um processo de um pot-através da utilização de uma quantidade catalítica de Brønsted sulfato de hidrogênio ácido 1-methyl-3-(3-sulfopropyl)-imidazolium IL. O IL ácida é sintetizada em laboratório e caracterizadas usando técnicas espectroscópicas NMR para a compreensão de sua pureza. Medem-se as várias propriedades de fiança como força ácida, estabilidade térmica e hidrotermal, que mostrou que o catalisador é estável a uma temperatura mais alta (250 ° C) e possui altíssima ácida força (Hó 1.57). O IL ácido converte mais 90% de sódio em açúcares e furfural. Portanto, o método apresentando neste estudo também pode ser empregado para a avaliação da concentração de sódio de outros tipos de biomassa lignocelulósica.
Introduction
Biomassa tem um grande potencial como uma fonte química e energia renovável porque é sustentável, barato e igualmente distribuída ao contrário dos recursos fósseis, que o torna um dos candidatos promissores para substituir matérias-primas fósseis. A produção estimada de biomassa lignocelulósica é 146 bilhões de toneladas por ano1. A biomassa lignocelulósica é composta principalmente de lignina, celulose e hemicelulose como seus três principais constituintes. Lignina é um polímero aromático feito de fenilpropanoides unidades; por outro lado, celulose e hemicelulose são as partes de polissacarídeo da biomassa lignocelulósica. Celulose é composto por unidades de glicose ligadas por ligação glicosídica β(1→4), Considerando que a hemicelulose é composta por açúcares de C5, C6 açúcares e ácidos de açúcar ligados entre si por β (1→4), β (1→3) e de2,de ligações glicosídicas β (1→6)3. Juntamente com vários biomassa lignocelulósica (bagaço, casca de arroz, palha de trigo, etc.), a biomassa de lignocelulose juta também é produzida em grandes quantidades (ca. 98% em 2014) na Ásia, em comparação com a produção de juta total no mundo. Índia produz 1,96 x 106 toneladas de biomassa de juta, enquanto Bangladesh produz 1,34 x 106 toneladas de biomassa de juta, em comparação com a produção total de biomassa de juta do mundo (3,39 x 106 toneladas) em 20144. A utilização da biomassa não comestíveis não entrarão em conflito com a demanda de alimentos. Portanto, é benéfico para usá-lo como um estoque para sintetizar uma variedade de valor adicionado produtos químicos (xilose, arabinose, furfural, 5-hidroximetilfurfural (HMF), etc.). De acordo com o departamento de energia dos EUA, furfural e HMF são considerados como alguns dos top 30 bloco de construção químicos derivados de biomassa5. Furfural é obtido a partir de xilose ou diretamente hemicelulose e pode ser convertido em muitos produtos químicos importantes. Álcool furfurílico, Furano metil e tetrahidrofurano são importantes produtos químicos obtidos de furfural6. Portanto, a conversão de biomassa lignocelulósica como a biomassa de juta em C5 açúcares e outros compostos químicos importantes é um tema importante.
Extensive relatórios estão disponíveis em vários métodos catalíticos para a conversão de biomassa lignocelulósica em valor adicionado produtos químicos. Os ácidos minerais (HCl e H2SO4) e catalisadores heterogêneos (Amberlyst, HMOR, HUSY, SAPO-44, etc.) foram usados significativamente para a conversão de hemicelulose e biomassa lignocelulósica em açúcares (pentose e hexose açúcares) e furanos (furfural e HMF)7,8. A reutilização e a corrosividade do ácido mineral é um grande problema. No entanto, com o sólido catalisador ácido, maior temperatura e pressões são necessárias porque a reação ocorre na superfície do catalisador. Para superar esses problemas, recentemente ILs são relatados para a valorização da biomassa como um catalisador ou solvente9,10,11,12,13,14. O uso de IL como solvente não é um método melhor por causa de seu custo mais elevado e a baixa pressão de vapor de ILs que cria dificuldade na separação do produto. Consequentemente, é imperativo usar IL reciclável como catalisador (em pequenas quantidades) em um sistema de solvente água para a conversão de biomassa em valor adicionado produtos químicos.
Aqui, apresentamos um método para usar 1-methyl-3-(3-sulfopropyl) imidazólio hidrogênio sulfato ácido IL como catalisador para a conversão direta de sódio presente na biomassa de juta em monômeros de açúcar sem qualquer tratamento prévio. Comumente, ILs são relatados para o pré-tratamento de biomassa lignocelulósica10,15,16,17 , enquanto a quantidade muito grande de ILs é usada para o pré-tratamento de biomassa. Portanto, é sempre vantajoso usar IL como catalisador e converter biomassa lignocelulósica em produtos químicos sem nenhum tratamento adicional. Além disso, no presente trabalho, a concentração de lignina apresentada na biomassa de juta é calculada usando o método Klason, que pode ser convertido em vários monômeros aromáticos18.
Protocol
Representative Results
Discussion
O sódio presente na conversão de biomassa de juta em C5 monômeros de açúcar é demonstrada usando vários ácido Brønsted catalisadores homogêneos tais como H2SO4, HCl e IL ácida. Além disso, o resultado catalítico do ácido II foi comparado com a IL sem acidez (cloreto de 1-butil-3-methylimidazolium). Todas as reações foram realizadas em uma autoclave Parr a 160 ° C em água. O uso de ácidos IL mostrou a conversão de sódio mais alta quando comparados aos ácidos homogêneos utilizad…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gostaríamos de agradecer ao Ministério da ciência e tecnologia (a maioria) de Taiwan (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) e o objetivo para o projeto Top Universidade Nacional de Taiwan Universidade (105R7706) para o apoio de financiamento. Somos gratos ao Banco Mundial para o financiamento parcial deste trabalho através de um subprojeto de educação superior qualidade realce do projeto (HEQEP), completa proposta #2071. Este trabalho foi também parcialmente apoiado pela AIIM do Universidade de Wollongong (financiamento de ouro).
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 |
Referências
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