קביעת קבוצות פונקציונליות קרבוניל Bio-שמנים ידי טיטרציה פוטנציומטריים: שיטת Faix
Summary
Here we present a potentiometric titration technique for accurately quantifying carbonyl compounds in pyrolysis bio-oils.
Abstract
תרכובות קרבוניל נוכחות-שמני ביו ידועות להיות אחראי שינויים ברכוש ביו-שמן על אחסון ובמהלך השדרוג. באופן ספציפי, קרבונילים לגרום לעלייה צמיגות (המכונה לעתים קרובות "הזדקנות") במהלך האחסון של שמנים ביו. ככזה, תוכן קרבוניל בעבר נעשה שימוש כשיטת מעקב הזדקנות ביו-נפט תגובות עיבוי עם השתנות פחות מדידות צמיגות. בנוסף, קרבונילים אחראים גם היווצרות קוקאין בתהליכי שדרוג ביו-שמן. לאור החשיבות של קרבונילים ביו-שמנים, שיטות אנליטיות מדויקות הכימות שלהם חשובות מאוד עבור קהילת הביו-השמן. שיטות טיטרציה פוטנציומטריים מבוססות על oximation קרבוניל כבר מזמן משמשות לקביעת תוכן קרבוניל שמנים ביו פירוליזה. כאן, אנו מציגים שינוי של נהלי oximation קרבוניל המסורתיים המביא זמן תגובה פחות, גודל מדגם קטן, דיוק גבוה, ועוד ACCקביעות קרבוניל urate. בעוד קרבוניל המסורתי שיטות oximation להתרחש בטמפרטורת חדר, שיטת Faix המוצגת כאן מתרחשת בטמפרטורה גבוהה של 80 מעלות צלזיוס.
Introduction
בעוד שמנים ביו פירוליזה מורכבים מגוון גדול של תרכובות קבוצות פונקציונליות כימיות, כימות של קבוצות קרבוניל חשובה במיוחד. קרבונילים ידועים להיות אחראי על חוסר היציבות של שמן ביו במהלך כאחסון 1 ועיבוד 2. שיטת טיטרציה המוצגת כאן היא טכניקה פשוטה שיכול לכמת את התוכן קרבוניל הכולל מהימן של שמנים ביו. רק קבוצות פונקציונליות אלדהיד ו קיטון הם לכמת בשיטה זו; קבוצות חומצה קרבוקסילית lactone אינם לכמת.
באשר לניתוח-שמני ביו, כימות של קבוצות קרבוניל ידי טיטרציה הושגה באופן מסורתי בשיטת Nicolaides 3. שיטה זו כבר בשימוש נפוץ בספרות ביו-שמן 4, 5, 6, 7. זההליך פשוט שבו קרבונילים מומרים אוקסים המקבילים (ראה איור 1). ה- HCL המשוחררת מגיבה עם פירידין לכפות על שיווי המשקל עד להשלמתו. החומצה המצומד של פירידין הוא טיטרציה עם כמות ידועה של NaOH (בסיס titrant). מספר ושווי של NaOH בשימוש הוא stoichiometrically שווה שומות של ההווה קרבוניל הביו-שמן.
שיטת Nicolaides, לעומת זאת, יש מספר מגבלות. זה יכול לדרוש זמני תגובה העולה על 48 שעות כדי להגיע לשלמות. זה מגביל קשות תפוקה מדגמת. הוא מנצל פירידין, שהוא רעיל. משקולות לדוגמא של 1 עד 2 גרם נדרשים. משקל המדגם הוא תלוי בכמות של ההווה HCl hydroxylamine והתוכן קרבוניל של המדגם. אם אומדן ראשוני של משקל המדגם המשמש אינם נכונים, טיטרציה יש צורך לחזור.
Faix et al. 8 פיתחו שיטה ששונה here כדי לטפל בבעיות של השיטה Nicolaides. התגובה מתבצעת על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות, ובכך להגדיל את התפוקה המדגם. פירידין הוחלף triethanolamine, שהוא כימיקל רעיל פחות. גודל המדגם, ניתן להפחית עד 100 עד 150 מ"ג. Triethanolamine צורכת את HCl המשוחררת, נהיגת התגובה להשלמה triethanolamine שתתה רק היא טיטרציה ישירות. טיטרציה משני של hydroxylamine הוא מיותר. השוואת שיטות טיטרציה אלה הראתה כי שיטת Nicolaides מזלזלת באופן משמעותי תוכן קרבוניל של 9 שמנים ביו.
השיטה המתוארת כאן יש הבדל בין השיטה המקורית 8 לחול יותר לניתוח-שמנים ביו פירוליזה. שיטה זו פותחה עבור הניתוח-שמנים ביו פירוליזה הגלם, אבל זה כבר מיושם בהצלחה סוגים אחרים של שמנים הנגזר ביומסה, כולל שמני ביו hydrotreated. Additionally, בשיטה זו נעשה שימוש כדי לעקוב אחר שינויים בתוכן קרבוניל במהלך ההזדקנות ושדרוג שניהם.
Protocol
Representative Results
Discussion
עקומות טיטרציה נציג מוצגות באיור 2. טיטרציה ריק, כמו גם טיטרציה למדגם שמן פירוליזה, מוצגים. יתר על כן, בנגזרת הראשונה של עקומת טיטרציה (dpH / DV) מוצגת, המאפשר זיהוי קל של נקודת קצה טיטרציה. טבלת ההבלעה על איור 2 מציג נתונים בשלושה עותקים עבור שניהם שמן פיר…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי משרד האנרגיה האמריקני תחת חוזה מס 'DE-AC36-08GO28308 עם המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת. במימון משרד האנרגיה האמריקאי משרד התייעלות אנרגטית ואנרגיה מתחדשת ביואנרגיה טכנולוגיות Office. ממשלת ארה"ב שומרת המו"ל, על ידי קבלת המאמר לפרסום, מודה כי ממשלת ארה"ב שומרת רישיון לא בלעדי, ונפרע, בלתי הפיך לפרסם או לשכפל את הטופס שפורסם על עבודה זו, או לאפשר לאחרים לעשות זאת, למטרות ממשלת ארה"ב.
Materials
| Analytical balance | accurate to 0.1 mg | ||
| dry block heater with magnetic stirrer, or hot water bath with magnetic stirrer | |||
| Automatic titrator | We used a Metrohm Titrando 809 automatic titrator, though other equivalent systems are acceptable | ||
| Deionized water | |||
| Ethanol (reagent grade) | CAS # 64-17-5 | ||
| Hydroxylamine hydrochloride | CAS # 5470-11-1 | ||
| Triethanolamine | CAS #102-71-6 | ||
| Hydrochloric acid (37%) | CAS # 7647-01-0 | ||
| Sodium Carbonate (primary standard) | SigmaAldrich | 223484 | |
| 4-(benzyloxy)benzaldehyde | CAS # 4397-53-9 | ||
| Dimethyl sulfoxide | CAS # 67-68-5 | ||
| 5 mL glass Reacti-vials with solid lid and teflon spinvane | Thermoscientific | TS-13223 | |
| 200 mL volumetric flask | |||
| Volumetric or mechanical pipettes |
References
- Oasmaa, A., Kuoppala, E., Solantausta, Y. Fast pyrolysis of forestry residue. 2. physicochemical composition of product liquid. Energy Fuels. 17 (2), 433-443 (2003).
- Olarte, M., et al. Stabilization of Softwood-Derived Pyrolysis Oils for Continuous Bio-oil Hydroprocessing. Top. Catal. 59 (1), 55-64 (2016).
- Nicolaides, G. . The chemical characterization of pyrolytic oils. , (1984).
- Oasmaa, A., Korhonen, J., Kuoppala, E. An approach for stability measurement of wood-based fast pyrolysis bio-oils. Energy Fuels. 25 (7), 3307-3313 (2011).
- Chen, C. L., Lin, S. Y., Dence, C. W. . Methods in Lignin Chemistry. , 446-457 (1992).
- Scholze, B., Hanser, C., Meier, D. Characterization of the water-insoluble fraction from fast pyrolysis liquids (pyrolytic lignin) Part II. GPC, carbonyl groups, and 13C-NMR. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 58-59, 387-400 (2001).
- Bayerbach, R., Meier, D. Characterization of the water-insoluble fraction from fast pyrolysis liquids (pyrolytic lignin). Part IV: Structure elucidation of oligomeric molecules. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 85 (1-2), 98-107 (2009).
- Faix, O., Andersons, B., Zakis, G. Determination of Carbonyl Groups of Six Round Robin Lignins. Holzforschung. 52, 268-272 (1998).
- Black, S., Ferrell, J. Determination of Carbonyl Groups in Pyrolysis Bio-oils Using Potentiometric Titration: Review and Comparison of Methods. Energy Fuels. 30 (2), 1071-1077 (2016).
- Ferrell, J., et al. Standardization of Chemical Analytical Techniques for Pyrolysis Bio-oil: History, Challenges, and Current Status of Methods. Biofuels, Bioprod. Biorefin. 10, 496-507 (2016).
