Une nouvelle méthode pour l’analyse de pentosane présente dans la biomasse Jute et sa transformation en monomères de sucre à l’aide d’acide liquide ionique
Summary
Nous présentons un protocole pour la synthèse de sucres C5 (xylose et l’arabinose) d’une renouvelable biomasse ligno-cellulosique non comestibles (c.-à-d., jute) avec la présence de liquides ioniques acides de Brønsted (BAILs) le rôle de catalyseur dans l’eau. Le catalyseur de ballots expose mieux rendement catalytique que catalyseurs acides minéraux classiques (H2SO4 et HCl).
Abstract
Récemment, des liquides ioniques (ILs) sont utilisés pour la valorisation de la biomasse en produits chimiques produits précieux en raison de leurs propriétés remarquables comme stabilité thermique, pression de vapeur inférieure, ininflammabilité, capacité de chaleur plus élevée et solubilité accordable et acidité. Ici, nous démontrons une méthode pour la synthèse de sucres C5 (xylose et l’arabinose) depuis le pentosane présente dans la biomasse de jute dans un processus d’un pot en utilisant une quantité catalytique de sulfate d’hydrogène 1-methyl-3-(3-sulfopropyl)-imidazolium acides de Brønsted IL. L’acide IL est synthétisé en laboratoire et caractérisées à l’aide de techniques de spectroscopie RMN pour comprendre sa pureté. Les différentes propriétés d’un cautionnement sont mesurées comme la force de l’acide, stabilité thermique et hydrothermale, ce qui montre que le catalyseur est stable à une température plus élevée (250 ° C) et possède de très grande force de l’acide (Ho 1,57). L’acide IL convertit plus de 90 % de pentosane dans les sucres et le furfural. Par conséquent, la méthode de présentation dans cette étude peut également être utilisée pour l’évaluation de la concentration de pentosane dans d’autres types de biomasse ligno-cellulosique.
Introduction
La biomasse a un grand potentiel comme une énergie renouvelable et la source chimique parce qu’il est durable, peu coûteux et tout aussi distribués à la différence des ressources fossiles, ce qui en fait l’un des candidats prometteurs pour remplacer les matières premières fossiles. La production estimée de biomasse ligno-cellulosique est 146 milliards de tonnes / année1. La biomasse lignocellulosique est principalement composée de lignine, cellulose et hémicellulose comme ses trois principaux constituants. La lignine est un polymère aromatique issu d’unités phénylpropanoïdes ; en revanche, cellulose et l’hémicellulose sont les parties de polysaccharide de la biomasse lignocellulosique. Cellulose est composé d’unités de glucose reliées par β(1→4) lien glycosidique, tandis que les hémicelluloses se compose de sucres C5, C6 sucres et acides de sucre reliés entre eux par β (1→4), β (1→3) et β (1→6) liaisons glycosidiques2,3. Ainsi que divers biomasse ligno-cellulosiques (bagasse, cosse de riz, paille de blé, etc.), la biomasse lignocellulosique de jute est aussi produite en très grande quantité (environ 98 % en 2014) en Asie par rapport à la production de jute total dans le monde. L’Inde produit 1,96 x 106 tonnes de biomasse de jute tandis que Bangladesh produit 1,34 x 106 tonnes de biomasse de jute par rapport à la production totale de biomasse de jute dans le monde (3,39 x 106 tonnes) en 20144. L’utilisation de cette biomasse non comestible n’entrera en conflit avec la demande alimentaire. Par conséquent, il est bénéfique pour l’utiliser comme un stock pour la synthèse d’une variété de valeur ajoutée produits chimiques (xylose, arabinose, furfural, 5-hydroxyméthylfurfural (HMF), etc.). Selon l’US Department of Energy, furfural et HMF sont considérés comme certains des produits chimiques top 30 bloc de construction provenant de la biomasse5. Furfural est obtenu à partir du xylose ou directement à partir de hémicellulose et peut être converti en nombre important de produits chimiques. Alcool furfurylique, furane de méthyle et le tétrahydrofurane sont importants produits chimiques obtenus à partir de furfural6. Conversion de la biomasse lignocellulosique telles que la biomasse de jute en sucres C5 et autres produits chimiques importants est donc un sujet important.
Extensive des rapports sont disponibles sur les différentes méthodes catalytiques pour la conversion de la biomasse lignocellulosique en valeur ajoutée produits chimiques. Les acides minéraux (HCl et H2SO4) et de catalyseurs hétérogènes (Amberlyst, HMOR, Jean-Louis, SAPO-44, etc.) ont été significativement utilisées pour la conversion d’hémicellulose et de la biomasse lignocellulosique en sucres (sucres pentoses et des hexoses) et furannes (furfural et HMF)7,8. La réutilisabilité et l’action corrosive de l’acide minéral est un enjeu majeur. Cependant, avec le catalyseur acide solide, température et des pressions plus élevées sont nécessaires parce que la réaction se produit à la surface du catalyseur. Pour surmonter ces problèmes, récemment ILs sont signalés pour la valorisation de la biomasse comme un catalyseur ou un solvant9,10,11,12,13,14. L’utilisation de IL comme solvant n’est pas une meilleure méthode en raison de son coût plus élevé et la pression de vapeur inférieure d’ILs qui crée des difficultés dans la séparation de produits. Par conséquent, il est impératif d’utiliser IL recyclable comme catalyseur (en petites quantités) dans un système de solvants de l’eau pour la conversion de la biomasse à valeur ajoutée produits chimiques.
Nous présentons ici une méthode pour utiliser 1-methyl-3-(3-sulfopropyl) imidazolium hydrogène sulfate acide IL comme catalyseur pour la conversion directe de pentosane présente dans la biomasse jute en monomères de sucre sans aucun prétraitement. Souvent, ILs sont signalés pour le prétraitement de la biomasse lignocellulosique10,15,16,17 alors que la très grande quantité de l’ILs est utilisée pour le prétraitement de la biomasse. Par conséquent, il est toujours avantageux d’utiliser IL comme catalyseur et pour convertir la biomasse lignocellulosique en produits chimiques sans traitement supplémentaire. En outre, dans le présent travail, la teneur en lignine présentée en biomasse de jute calculée selon méthode Klason qui pourrait se transformer en différents monomères aromatiques18.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le pentosane présente dans la conversion de la biomasse de jute en C5 sucre monomères est démontrée à l’aide de divers catalyseurs acides de Brønsted homogènes tels que H2SO4, HCl et IL acide. En outre, le résultat catalytique de l’acide IL était comparé à l’IL sans acidité (chlorure de 1-butyl-3-méthylimidazolium). Toutes les réactions ont été effectuées dans un autoclave de Parr à 160 ° C dans l’eau. L’utilisation d’acide IL a montré la conversion de pentosane plus …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous tenons à remercier le ministère de la Science et la technologie (MOST) de Taïwan (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) et le but pour projet universitaire supérieur au National Taiwan Université (105R7706) pour le soutien financier. Nous sommes reconnaissants à la Banque mondiale pour le financement partiel de ce travail à travers un sous-projet de l’enseignement supérieur qualité Enhancement Project (HEQEP), complète proposition #2071. Ce travail a été également partiellement soutenu par AIIM de l’Université de Wollongong (financement d’or).
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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