Предварительное обращение с расширением аммиачной клетчатки, также известное как AFEX, является методом химической обработки, который может быть использован для производства возобновляемых видов топлива, химических веществ или кормов для животных из стенок растительных клеток, также известный как лигноцеллюлосовая биомасса. В то время как AFEX используется на различных литогноцеллюлосных материалах, он наиболее эффективен на травах и сельскохозяйственных остатках на травяной основе. Во время AFEX высококонцентрированный гидроксид аммония реагирует с биомассой, чтобы разорвать связи эстер в стене клетки растения и ввести нано микромасштабных пор.
Это облегчает энзиматические деконструкции полисакхаридов клеточной стенки. Конечный результат – растительный материал, который легче биохимически преобразуется в топливо и химические вещества или который может быть использован в качестве высокоудобоваримого корма для животных. AFEX имеет ряд ключевых преимуществ по сравнению с другими процессами предварительной обработки.
Во-первых, AFEX имеет низкое потребление воды и является довольно уникальным в том, что он генерирует в основном сухой материал, который может быть уплотнен и легко отправлены. Процесс AFEX также производит минимальное количество микробных ингибиторов, таких как фураны, что делает его высоко совместимым с микробными процессами брожения. Кроме того, можно восстановить большинство предварительной обработки химического аммиака, который улучшает экономику процесса.
На экспериментальном заводе MBI, расположенном в Лансинге, штат Мичиган, было продемонстрировано экспериментальное масштабирование AFEX и восстановление аммиака на одной тонне в день. В следующем протоколе будут описаны шаги, связанные с лабораторной эксплуатацией процесса AFEX. Демонстрацией этого метода будет Джейкоб Агуадо, один из студентов, работающих в нашей исследовательской группе.
Для начала сначала определите содержание влаги в необработанной биомассе с помощью анализатора влаги. Взвесите 25 граммов биомассы и с помощью бутылки спрей, настроить содержание влаги в биомассе завода с помощью дистиллированной воды для достижения целевого содержания влаги. Для кукурузы stover, это, как правило, 0,6 грамма воды на грамм сухой биомассы.
Смешайте образец вручную. Соберите корпус реактора, поместив крышку и тефлоновую прокладку на дно реакторной трубки. Перенесите влажную биомассу на основу собранного реактора и поместите вилку из стеклянной шерсти в верхней части биомассы.
Поместите тефлоновую прокладку на верхнюю часть реактора. Убедитесь, что регион свободен от биомассы и стеклянной шерсти, которые могли бы предотвратить эффективное уплотнение и поместить головку реактора на вершину маневрирования термокупл через стеклянную шерсть и биомассу. Болт зажим в верхней части реактора с помощью храповика равномерно с обеих сторон.
Взвесить реактор и зафиксировать вес. Подтвердите, что все оборудование подключено и работает, установите таймер до нужного времени проживания для каждого реактора и образца для запуска. Включите программируемый шприц насос и настроить метод доставки аммиака и сохранить для удобства.
Убедитесь, что все клапаны в и из небольшого цилиндра аммиака закрыты. Если цилиндр был использован ранее и содержит остаточный аммиак или азот, медленно откройте клапан А в верхней части небольшого аммиачного цилиндра, чтобы истечь кровью от любого азота и закрыть клапан, как только жидкий аммиак начинает распыляться. Чтобы заполнить небольшой баллон с аммиаком, откройте большой баллон с аммиаком ангидроуса и все клапаны в линии аммиака.
Медленно откройте клапан B в верхней части небольшого аммиачного цилиндра, пока давление не стабилизируется. Подождите пять минут, прежде чем перейти к следующему шагу. Закройте все клапаны между баком аммиака и небольшим аммиачным цилиндром, работающим слева направо, начиная с небольшого цилиндрового клапана В и заканчивая основным клапаном поверх аммиачного бака.
Установите регулятор азота до 350 psi. Откройте клапан на азотном цилиндре и клапан на прикрепленном регуляторе. Откройте клапан C на небольшом аммиачной цилиндре, чтобы медленно добавить азот над давлением системы.
Отрегулируйте давление небольшого цилиндра до 350 пси по мере необходимости, регулируя установленную точку на регуляторе. Держите азотные линии открытыми при раздаче аммиака. Для реакции температуры, которые больше, чем 100 градусов по Цельсию, необходимо разогреть биомассу и реактор, прежде чем добавлять аммиак.
Подключите температурный монитор к термокуплу и нагревательную ленту к регулятору температуры. Вручную отрегулируйте контроллер температуры, чтобы довести реактор до 60 градусов по Цельсию. Рассчитать объем аммиака, необходимый на основе желаемой загрузки аммиака и ранее обусловленной калибровки аммиака.
Настройка метода в шприц насос для загрузки правильного количества аммиака, а затем остаточного аммиака от линий между небольшой цилиндр аммиака и шприц насоса путем открытия и закрытия клапанов на дне аммиачного цилиндра к выхлопным газам и клапанов на линии насоса шприца. Отключите реактор от монитора температуры и контроллера температуры. Прикрепите реактор к быстрому подключению.
Открытый клапан D к небольшому аммиачной цилиндру и клапану E к небольшому аммиачной цилиндру. Нажмите зеленую стрелку на насос, чтобы начать последовательность и привлечь аммиака в шприц. Когда шприц автоматически останавливается на период ожидания, поверните клапан шприца к реактору и клапану в реактора, чтобы он указывал на быстрый стебель подключения.
После задержки шприц начнет вливая, останавливаясь автоматически в установленной точке. Закройте реакторный клапан и клапан D.Open клапан F, чтобы выпустить остаточный аммиак из шприца, затем закройте клапан F и закройте клапан E.Open клапан D к выхлопным газам, затем закройте его, как только остаточный аммиак ушел. Во время ношения криогенных перчаток снимите реактор с быстрой связи.
Будьте осторожны с потенциальным аммиачного спрея. Запустите таймер для соответствующего реактора. Взвесить блок реактора, чтобы убедиться, что соответствующий вес аммиака был добавлен на основе расчетов таблицы.
Подключите температурный монитор к термокуплу и нагревательную ленту к регулятору температуры. Запись начальной температуры и давления реактора после добавления аммиака. Вручную отрегулируйте контроллер температуры, чтобы довести реактор до установленной температуры.
Цель состоит в том, чтобы достичь установленной точки менее чем за пять минут. Запись давления и температуры реактора каждые три минуты до конца времени проживания. В конце времени проживания отсоедините реактор от контроллера температуры и термокоупляйте, снимите реактор с стенда и медленно откройте клапан высвобождения шарика внутри дымового капота.
Всегда носите щит лица во время этого шага. После того, как реактор остынет в течение нескольких минут, используйте ключ от храповика, чтобы открыть зажимы в реакторе. Выгрузите биомассу и стеклянную шерсть из реактора, находясь внутри дымового капота.
Для предотвращения загрязнения биомассы воздушно-капельным путем при испарении остаточного аммиака лучше всего высушить биомассу внутри закрытого сушильной коробки внутри вентилируемого пространства. Если все еще открыт, закройте все клапаны и подключение к аммиачного цилиндра и все клапаны на линии азота. После предварительной обработки AFEX, биомасса будет темнее по цвету, но в противном случае визуально неизменным.
AFEX генерирует высокоудобоваримый материал в различных масштабах, помимо того, который изложен в этом протоколе. Мы предварительно обработали тот же образец кукурузы, используя нашу 200 миллилитров упакованную систему шкалы скамейки кровати, пятигаллонный реактор и экспериментальный реактор MBI, который способен обрабатывать одну тонну биомассы в день. Условия, используемые для двух небольших реакторов, были одним граммами аммиака на грамм сухой биомассы, 0,6 грамма воды на грамм сухой биомассы в течение 30 минут при 100 градусах Цельсия.
Экспериментальная шкала AFEX проводилась на том же материале при тех же условиях, за исключением того, что погрузка аммиака составила 0,6 грамма аммиака на грамм сухой биомассы. Образцы были обеззашиваемо гидролизована в течение 72 часов при 6%глюканская нагрузка, рН 5, 50 градусов по Цельсию и 250 об/мин в трясущимся инкубаторе. Коммерческий коктейль из ферментов был загружен, который состоял из 60%cellulase и 40%геми-целлюлозы на 15 миллиграммов ферментного белка на грамм глюкана.
Наши результаты показывают, что предварительное лечение AFEX значительно увеличивает урожайность ферментируемых сахаров по сравнению с необработанной биомассой. Кроме того, 72-часовой гидролиз дает биомассу, предварительно обработаемую с помощью трех процессов, сопоставимых друг с другом. После процесса AFEX, предварительно обработанные материалы могут храниться бесконечно до тех пор, пока они остаются сухими и используются для различных экспериментов преобразования, таких как высокотвердые ферментативные гидролиз и брожение, консолидированная биообработка или тестирование кормов для животных.
Ключевым соображением при реализации AFEX являются безопасные применения ангидрогенного аммиака. Эксперименты AFEX всегда должны проводиться в вентилируемом пространстве, и исследователи должны принимать надлежащие меры предосторожности для предотвращения воздействия аммиака и быть знакомыми с тем, как реагировать в случае чрезвычайной ситуации. В заключение я хотел бы сказать, что предварительная переработка аммиачного волокна является весьма перспективным методом сокращения выбросов биомассы и более эффективного производства топлива, химических веществ и кормов для животных из возобновляемого растительного сырья.
