Burada, çeşitli biyokütle kaynaklardan lignin ve etanol ayıklama gerçekleştirmek için bir iletişim kuralı mevcut. Lignin verim ve β-O-4 içeriği ayıklama koşullardan etkisi sunulmaktadır. Seçici bozulumu yüksek aromatik monomer ürünler elde etmek için elde edilen lignins üzerinde gerçekleştirilir.
Lignin valorization stratejileri üzerinde lignocellulosic biyokütle göre daha ekonomik rekabet biorefineries ulaşmak için önemli bir faktör vardır. Özel Aromatik ürünler elde etmek için ortaya çıkan zarif yordamların çoğu, kolayca yarilabilir β-O-4 bağlantı yerel lignin yapısında mevcut olarak yüksek bir içeriğe sahip lignin substrat güveniyor. Bu son derece bozulmuş ve bu nedenle β-O-4 bağlantıları düşük olan tipik teknik lignins Bayan eşleşme sağlar. Bu nedenle, ayıklama verim ve kalite elde edilen lignin ve yeni lignin valorization yollar erişmek için son derece önemlidir. Bu makale, basit bir protokol lignins yüksek β-O-4 içeriği ile elde etmek için farklı lignocellulose kaynaklarına uygulanan nispeten hafif etanol ayıklama sunulur. Ayrıca, lignins kalitesini belirlemek için analiz işlemleri belirli bakalit 2-arylmethyl-1,3-elde edilen lignins değerlendirmek için kullanılan dioxolanes, verimleri bozulumu protokol ile birlikte sunulmaktadır. Sunulan sonuçlar lignin kalite ve lignins belirli monomeric aromatik kimyasal depolymerized için potansiyel arasındaki bağlantıyı göstermek. Genel olarak, ayıklama ve bozulumu lignin ayıklama verim ve yerel aril-eter yapısı tutma ve böylece substrat hazırlaması için kimyasal ürünleri imalatı için kullanılmak üzere potansiyeli ve lignin arasında bir denge gösterir daha yüksek fiyatlı uygulamaları.
Kimya sanayiinde sürdürülebilir olmak lignocellulosic biyokütle gibi yenilenebilir feedstocks geçerli baskın fosil olanlar1' e alternatif olarak kullanılmalıdır. Ancak, ekonomik açıdan böyle feedstocks kullanılmasını sağlamak için yüksek değerli uygulamalar için tüm içeriğini alınmalı. Lignocellulosic biyokütle kendisi için şu anda sadece birkaç uygulamaları düşük fiyatlı yakıt2olarak kullanılmasını ötesinde geliştirilmiştir aromatik bir biyopolimer olan lignin ve yaklaşık 30 wt % içerebilir. Bu nedenle, potansiyel olarak artan değeri aromatik bileşenleri doğru metodoloji gelecekteki biorefineries başarılı olmasını sağlamak için büyük ilgi olduğunu.
Son araştırma ağır özel aromatik, genellikle bakalit monomerleri3,4'ü edinmek için lignin içinde en bol β-O-4 bağlantı (Şekil 1a) seçmeli bölünme için yeni yöntemler geliştirilmesi üzerine odaklanmıştır ,5,6. Örneğin, uygulamanın 80 ° C-180 ° C arasında asitlerinin aldehid şekillendirme β-O-4 bağlantı fizyon çok etkili olduğunu ve keton7,8parçaları. Gruplarımız ve diğerleri son zamanlarda acidolysis stabilize etmek metodolojileri ile kombine ve tuzak reaktif parçaları belirli kimyasal motifleri9,10 ile fenolik monomerleri elde etmek için son derece güçlü göstermiştir , 11 , 12. bunlardan özellikle asetal bindirme bakalit 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetals) elde etmek için alkoller ile reaktif aldehitler, göreli basit uygulama ve son derece functionalized doğa bekletme nedeniyle güçlü olduğunu kanıtladı lignin monomer (Şekil 1b)13,14. Bu acetals bozulumu G ve S monomerleri üst lignin geridönüşümü mevcut H, dağıtım için ilgili oranında elde edilir.
En şık metodolojileri çoğunun geliştirilen, nispeten hafif ve lignin15dakika içinde ortaya daha güçlü C-C tahvil ayırmak değil gibi asit bozulumu, katalize. Ancak, reaktif parçaları daha zayıf C-O tahvil16,17bölünme yayımlanan yoğuşma nedeniyle sert lignocellulose ayırma koşulları uygulandığında C-C tahvil özellikle bol olur. Işleme yöntem Biyokütleden β-O-4 içerik kaybı bir dizi teknik analiz tarafından açıkça gösterdi sadece 100 aromatik birim18başına 6 β-O-4 bağlantıları korumak için gösterildi, lignins iken lignocellulose bu sayı aralığı 45 numara bağlı olarak kaynak16100 aromatik birim başına 90 bağlantıları. Daha hafif çıkarma koşulları için dönüm, lignins doğal lignin daha iyi yansıtmak bağlantı dağılımları ile elde edilebilir. Yine de, bu ayıklama verimliliği ve elde edilen lignin malzeme17kalitesi arasındaki dengelemeyi gerektirir. Bu da hangi lignin fractionate için popüler bir yöntemdir ve lignin, organosolv çekme içinde göre önceliğe sahiptir. Farklı sıcaklıklarda, asit içeriği, çıkarma süreleri ve solventler istihdam yöntemleri ile bu işlemi var birçok varyasyonu. Burada, ayıklama önem elde edilen lignin yapısı ve böylece daha fazla valorization19,20,21uygunluğu üzerinde doğrudan etkisi vardır. Örneğin, gösteri ölçekte 5 yıldır işletilen tabanlı Etanol Alcell işlem tarafından üretilen organosolv lignin gibi nispeten yüksek sıcaklıkta verimli delignification emin olmak için ameliyat yaptı β-O-4 bağlantılar nispeten düşük miktarda vardı Biyoetanol üretimi için yüksek kaliteli karbonhidrat almak için sipariş. Yine de, biobased maddeleri etanol gibi küçük çevresel etki ile tercih edilir ve böylece ilgi daha yüksek değer lignins içinde neden çıkarma yöntemleri vardır. Alkollü çözücüler β olduğu gibi onlar da dahil lignin yapısına, örneğin, ayıklama orta olmanın yanı sıra özel ilgi vardır ' - O - 4 (Resim 1a) kısmen "yapısı üzerinden istenmeyen koruyan"22, Göğüs arası. Uygun bir yöntem potansiyel olarak lignin yüksek bir β-O-4 içerik ile ve sıralı bir adımda değeri yüksek selüloz erişmek için lignin kalan kaldırmak için elde etmek için ilk olacaktır.
Bu makale, biz bir düz ön ve son derece tekrarlanabilir yüksek β-O-4 lignin çıkarım hafif etanol çıkarma tarafından için açıklayınız. Biyokütle kaynağına bağlı olarak, bu nispeten yüksek ayıklama verimlilik için yol ve verim. Yordamlar için elde edilen lignin karakterizasyonu "nasıl"etherified β deprotect yanı sıra sağlanır ' - O - 420. Ayrıca, bir değerlendirme yordamı bu lignins β-O-4 bağlantılar seçici bölünme üzerinde itimat seçici bozulumu yordamlar potansiyelini için sunulmaktadır. Bu değerlendirme demir(III) triflate katalize bozulumu etilen glikol huzurunda β-O-4 içeriği lignin malzeme arasındaki bağlantıyı gösterir bakalit 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes23 elde etmek için kullanarak gerçekleştirilir ve monomer21verir. Sonuçlar, yüksek lignin ayıklama verimliliği ve özel aromatik monomer için depolymerized olma potansiyeli elde edilen lignin ve dengesini göstermektedir.
1. ön Lignin ayıklama önce ceviz geridönüşümü
2. ahşap Feedstocks hazırlanması
3. yüksek β-O-4 Ethanosolv Lignin çıkarımı
4. de-etherification ve Lignin (isteğe bağlı)
5. analiz ve Lignin
6. bozulumu Lignins bakalit 2-Arylmethyl-1,3-Dioxolanes (Acetals) için
7. iş up ve analiz bozulumu karışımları
Şekil 2' de, Önarıtma sonra elde edilen hammadde (sol sütun) gösterilir. Tüm hammadde olarak küçük fiş mevcut çıkarılması için uygun partikül büyüklüğü talaş olarak satın alınmıştır kayın ahşap dışında elde edildi. Lignins ayıklama gösteriden sonra çok çeşitli renk ve Parçacık boyut elde. Hafif tedavisi (Yöntem A ve ikinci sütunun Şekil 2) elde edilen lignins normal kırmızı/pembe renkli ve alınan küçük pul olarak uygulanır. Sert koşullar Uygulamalı (B ve C * yöntemleri) olduğunda, bir kahverengi/Kahverengimsi sarı renk elde edilen lignins var (üçüncü ve dördüncü sütun Şekil 2). Sert koşulları (B ve C*yöntemleri) kıyasla daha hafif koşullar (reaksiyon şeması Şekil 1, sonuçları Tablo 1' de) altında gerçekleştirilen çekimi için verim artış. Bu etkiyi ceviz (%10,2 artış), kayın (%8,5 artış) ve sedir ağacı (%5.1 artış) çam ahşap (yalnızca %0,5 artış) karşılaştırıldığında çok daha derin. Biyokütle ayıklama (%18,8 kayın25 ve sedir25%35.1 %28,6 çam25%40.3 ceviz için) önce lignin içeriği dayanarak, kayın ahşap lignin ayıklama verimliliğini (%73.9), özellikle yüksek ise için diğer kaynaklardan daha düşük ekstraksiyon verimliliği elde edildi. Yöntem A * ve B *, kontrol deneyleri için yöntem A ve B, sülfürik asitle bazı farklılıklar ayıklama verim açık gösterdi. Ceviz kabukları ile sülfürik asit (Yöntem A *) hafif çıkarma çıkarma hidroklorik asit (a yöntemi) ile (% 2,6 ve % 5.0) belirgin daha düşük çok düşük verimini % 2.6, verdi. Ancak, sert çıkarma koşulları ile sülfürik asit (Yöntem B *) ile ekstraksiyon hidroklorik asit (Yöntem B) (% 19,3 ve % 15,2) göre daha yüksek bir verim gösterir, ancak bu şeker izlerini çıkarma tarafından elde edilen ürün mevcut olduğunu belirtmek gerekir Sülfürik asit ile.
Farklı lignins ( Şekil 4' te gösterilen örnek) NMR analizi, H/G/S oranı ve bağlantıları miktarını tespit edildi (Tablo 1). β ve γ-proton β-O-4 ve β çakışma nedeniyle ' - O - 4 bağlantı, bağlantılar miktarı sayısal α-proton kullanarak. Buna ek olarak,5/6 G ve H3/5 sinyalleri örtüşme ama bunlar buna göre H2/6 sinyallerini kullanarak oranları ayarlayarak düzeltilebilir. Ayrıca, γ-proton Hibbert Ketonlar ve bir sinyal büyük olasılıkla lignin sonu-gruplar tarafından neden olduğu, oksitlenmiş S birimleri için karşılık gelen bir sinyal tanımlanır.
Genel olarak çekimi ile Yöntem B sağladığını lignin yöntemi A yerli malzeme S birimleri içerir durumda olanlarla karşılaştırıldığında daha yüksek S içerikli NMR elde edilen oranlarını gösteren. Ayrıca, Yöntem B ile çekimi toplam β-O-4 bağlantılar yöntemi A, sıcaklık artış üzerine gösteren artan bozulma ile karşılaştırıldığında daha düşük bir miktarı ile lignin sağlar. Yöntemleri yöntemleri A ve B Toplam β-O-4 bağlantılar miktarı çok benzer elde ceviz lignin bir istisnadır. Sert koşulları uygulandığında, daha az bir ölçüde rağmen β-β ve β-5 bağlantıları sayısını azaltın. Ayrıca, NMR etanol ayıklama β-O-4 bağlantı yapısal değişiklik derecesini gösterdikten sonra tüm lignins elde ortaya koydu. Bunlar en az % ~ 50 var ikame α-ethoxylated β α-OH grubundaki, ' - O - 4 bağlantı. Lignin ayıklama 4 kez Ceviz kabukları (a yöntemi) hafif çıkarma gerçekleştirerek ispatlandı yüksek tekrarlanabilirlik gösterir. Özellikle, β-O-4 bağlantılar toplam sayısı olarak sapma son derece küçüktür. Ne zaman çıkarma sert koşullar altında (Yöntem B ve C *), α-ethoxylation artış yüzdesi gerçekleştirildi. İçin yoğun S görünür, HSQC içinde spectra kayın lignin ve sert koşul (yöntemi B), bir sinyal mükemmel ile önemli uyar β-O-4 bağlantılar miktarında azalma ayıkladığınız. Ceviz ayıklama büyük ölçek (yöntemi C *) gösterir önemli bir düşüş tüm bağlantılar için gerçekleştirilen ve yoğun S için bir sinyal HSQC spectra görülür. Sedir hafif koşullar (a yöntemi), çıkarma için nispeten yüksek verim oldukça uzun yağ asidi varlığı ile neden olur. Kontrol deneyleri ile sülfürik asit asit etkisi elde edilen lignin bileşimi iyi fikir verdi. Hafif ayıklama koşullarla (methodA *), hangi kompozisyon diğer hafif çekimi için (methodA) karşılaştırıldığında benzer bir çok saf lignin elde edildi. β-O-4 bağlantıları biraz daha düşük miktarda etanol daha az verimli bir birleşme β alt birkaç sonuçlanan lignin çerçeve içine atfedilen ' - O - 4 bağlantılar. Sert çıkarma koşulları (Yöntem B *), elde edilen lignin ile farklılıklar daha derin hidroklorik asit (Yöntem B) huzurunda çıkarılan Ceviz kabukları elde edilen lignin ile karşılaştırıldığında. Keskin bir düşüş β-O-4 bağlantılar toplam sayısını gösterir (35 ve 74, sırasıyla) ve S karşılık gelen sinyalleri entegrasyon tarafından tespit edildi aromatik bölgesi (% 48), yoğunlaşma yüksek miktarda sülfürik asit ile elde edilen lignin gösterir yoğun ve Gyoğun (adım 5.1.3). Yoğunlaşma bu yüksek miktarda tam sülfürik asit, hidroklorik asit yoğunlaşmasız aromatik bölgede gösterdi ile aynı çekme--dan elde edilen ürün olarak bağlanabilir. Sert büyük ölçekli ayıklama (yöntemi C *) elde edilen ürün kompozisyonu daha küçük bir ölçekte (Yöntem B *) elde edilen ürün ile hiçbir büyük farkı gösterir. Yoğunlaşma büyük ölçekli ayıklama (% 9) aromatik bölgesinde alt miktarı ve daha sonra daha yüksek miktarda β-O-4 bağlantılar sadece büyük farktır. Bu fark Isıtma profil farklı basınçlı kaplar arasındaki farkı nedeni olabilir.
Lignins de GPC (anlayış moleküler ağırlığı (Tablo 2) sağlamak için,Şekil 5) tarafından analiz edildi. Bunlar sert çıkarma koşulları (Yöntem B) uygulandığında, ağırlığı ortalama molekül ağırlığı (Mw) ve polydispersity tüm kaynakları için artıyor ortaya koyuyor. Sayı ortalama molekül ağırlığı (Mn) çıkarma koşulları arasındaki her kaynak için karşılaştırılabilir. Genel olarak, bu sonuçlar göstermek sert çıkarma koşulları bir iki kat etkisi ve daha büyük parçaları böyle parçaları ek dağılımı ek olarak ayıklanır.
Bazı uygulamalar, β oluşumu için ' - O - 4 bağlantı istenmeyen, örneğin, benzylic (α) hidroksil grubu26,27,28oksidasyonunu itimat bozulumu yöntemleri uygularken. β dönüşümü ' - O - 4 ve ethanosolv lignin düzenli β-O-4 bağlantılar için bağlantı daha önce raporlanmış20 yapıldı ve bu rapor Ceviz kabukları elde edilen lignin karşılaştırılabilir lignin toplu Ceviz kabukları elde ile gerçekleştirildi Kağıt (Şekil 6). Bu lignin oluşan 30 yerli β-O-4 bağlantılar ve 39 α-ethoxylated β' - O - 4 bağlantılar (34 ve 38 bağlantıları, lignin bu kağıt için sırasıyla). De-etherification elde edilen lignin 57 β-O-4 bağlantılar ve sadece 3 α-ethoxylated β oluşuyordu gibi doğal yapısı hemen hemen tüm α-ethoxylated bağlantıları dönüştürülmüş ' - O - 4 bağlantılar, küçük bir kayıp β-O-4 adet toplam sayısını gösteren. Kitle ve lignin öncelikle etil grubunun kaybı tarafından neden olduğu özgün lignin ve % 72 idi.
Hafif bozulumu aracılığıyla aromatik monomerleri üretimi için lignin potansiyelini göstermek için (Şekil 7) acidolysis reations Fe(OTf)3 etilen glikol huzurunda idi ile gerçekleştirilen. Bu reaksiyon üç farklı bakalit 2-arylmethyl-1,3-G ve S birimleri lignin içinde mevcut H ile ilgili dioxolanes (acetals) verir. Tablo 3 S, G ve H acetals verimini göstermektedir ve toplam verimi Şekil 8' de gösterilen. Lignin ayıklama yöntemi acetals verimi olmak büyük bir etkisi vardır görünür. Daha düşük verimleri daha sert koşullar (Yöntem B) kullanarak çıkarılan lignin için elde edilir. Bu büyük olasılıkla bir daha değiştirilmiş (yüksek oranda α-ethoxylation nedeniyle) konsantre yapısı önceki paragrafta açıklandığı gibi.
β-O-4 adet önemini Protokolü (Şekil 9) sunulan gibi korelasyon bozulumu monomer verim için sağlayarak yansıtılır. Net bir eğilim toplam β-O-4 içeriği ve nerede daha yüksek bir β-O-4 içeriği genel olarak bakalit 2-arylmethyl-1,3-21 önceki sonuçları doğrultusunda olan dioxolanes (acetals) daha yüksek verim sonuçları sigara etherified β-O-4 bağlantılar görünür . Ne zaman etherified β' - O - 4 bağlantılar, eğilim açıktır Ayrıca bozulumu verim β sayıya ilgili olmayan gösterilen,' - O - 4 bağlantılar. Reaksiyon koşullarında etherified β-O-4 bağlantıları de-etherified olabilir ama bu ek adım malzeme, daha önce açıklandığı gibi kaybolmasına neden.
Genel olarak, monomer bozulumu verim lignin ayıklama verim için düzeltme, aşağıdaki sonuçlar (Tablo 4) elde edilebilir. Aşağıdaki yöntemleri A & Bkarşılaştırarak, genellikle daha yüksek miktarda asetal sert ayıklama (daha az seçici) bozulumu tarafından takip yüksek genel lignin verimleri sağlayarak tarafından elde edilebilir olduğunu gösterir. Yine de, pinewood için sonuçlar da ayıklama önem artış önemli verim artış sağlamaz beri bu biyokütle kaynağında bağlı olduğunu gösterir. Saklama β-O-4 yapısının bu ağaç türü daha yüksek toplam fenolik 2-phenylmethyl-1,3-dioxolane (acetals) verimleri vermek tercih edilir.
Resim 1 . Kimyasal yapıları elde edilen ürünlerin. (a) ortak yapısal motifler olarak lignin yapısı mevcut. (b) asit bakalit 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetals) elde etmek için asetal bindirme ile kombine lignin bozulumu katalize. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2 . Lignin farklı feedstocks elde edilen. Görüntü Önarıtma (adım 1 ve 2) sonra dört farklı lignocellulose feedstocks ve organosolv ayıklama farklı koşullar, sonra elde edilen lignins (Yöntem A-3.1, adım yöntemi B-adım 3.3 ve yöntemi C *-adım 3.4). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 . Reaksiyon şeması ethanosolv çıkarılması için. Elde edilen bağlantıları genel bakış: β-O-4 (R' = H), β' - O - 4 (R' = Et), β-β ve β-5. Koşullar: (A) 80 ˚C, 0,24 M HCl (adım 3.1), (B) 120 ˚C, 0,24 M HCl (adım 3,3), (C *) 120 ˚C,4 (adım 3.4) ve denetim A * ve B * (adım 3.5) deneme bu yüzden 0,12 M H2. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4 . HSQC analiz ve lignin. Tüm lignin bağlantıları tanımlaması 2D-HSQC hafif tedavi (adım 3.1) kullanarak Ceviz kabukları elde lignin ve ölçülmüştür. Sinyaller HKγ ve S için '2/6 görünmelerini sağlamak için büyütülmüş. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5 . Moleküler ağırlık ve lignin. GPC grafikleri elde edilen lignins bölünmüş kaynağı tarafından (bir ceviz, b = çam ahşap, c = kayın ahşap ve d = sedir ağacı =). Satırları Tablo 2tarafından verilen farklı örnekleri karşılık gelir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 6 . Ve lignin de-etherification. Ceviz kabuğu (adım 4) dan elde edilen ethanosolv lignin ve de-etherification reaksiyon şeması. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 7 . Acetals için lignin bozulumu. Bakalit 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetals) için bozulumu ve lignin reaksiyon şeması. H birim: R1 = R2 = H; G birimi: R1 OMe, R2 = = H; S birim: R1 = R2 OMe (adım 6) =. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 8 . Asetal verim kaynağı başına. Verimi bakalit 2-arylmethyl-1,3-bozulumu ve lignin farklı kaynaklardan elde edilen dioxolanes (acetals). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 9 . β-O-4 bağlantılar asetal verim üzerindeki etkisi. Toplam β-O-4'e (mavi), karşılaştırıldığında lignin bozulumu elde edilen verim bakalit 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetals) etherified β-O-4 (turuncu) ve etherified β-O-4 (gri) lignin geridönüşümü içerik. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Kaynak | Koşullar | Verim (%) | Ayıklama verimlilik (%)1 | S/G/H oranı | Toplam β-O-4 | β-O-4 | β' - O - 4 | β-β | β-5 |
Ceviz | A | 5.0 ± 0.7 | 12,4 | 45/46/9 | 75 ± 2,5 | 36 ± 2.6 | 39 ± 3.1 | 11 ± 0.7 | 5 ± 1.5 |
Ceviz | A * | 2.6 | 6.5 | 47/45/8 | 53 | 32 | 21 | 9 | 4 |
Ceviz | B | 15,2 | 37.7 | 59/37/4 | 74 | 20 | 54 | 9 | 6 |
Ceviz2 | B * | 19,3 | 47,9 | 75/25/0 | 35 | 5 | 30 | 7 | 3 |
Ceviz2 | C * | 16,2 | 40,2 | 65/33/2 | 45 | 10 | 35 | 8 | 3 |
Çam | A | 3.5 | 12,2 | 0 / > 99 / < 1 | 59 | 22 | 37 | 0 | 14 |
Çam | B | 4.0 | 14,0 | 0 / > 99 / < 1 | 46 | 7 | 39 | 0 | 8 |
Kayın | A | 5.4 | 28.7 | 63/37/0 | 82 | 43 | 39 | 12 | 5 |
Kayın3 | B | 13,9 | 73.9 | 83/17/0 | 45 | 11 | 35 | 9 | 2 |
Sedir | A | 6.4 | 18,2 | 0 / > 99 / < 1 | 64 | 28 | 36 | 0 | 6 |
Sedir | B | 11,5 | 32.8 | 0 / > 99 / < 1 | 41 | 7 | 34 | 0 | 7 |
Tablo 1. Ethanosolv ayıklama sonuçlarını. Verimleri elde, aromatik dağıtım ve bağlantıları farklı çekimi için biyokütle üzerinde gerçekleştirilen. * Sülfürik asit asit olarak kullanılır. 1 Verim ve lignin (Klason lignin tayini tarafından belirlenen hammadde wt%)/Lignin içerik. 2 Koful ve S-yoğun mevcut ürün. 3%32 S birimlerinin konsantre.
Kaynak | Koşullar | Mn (g/mol) | Mw (g/mol) | Ð |
Ceviz | A | 1096 | 1805 | 1.65 |
Ceviz | B | 1174 | 2934 | 2,50 |
Ceviz | C * | 1248 | 2930 | 2,35 |
Çam | A | 1331 | 3071 | 2,31 |
Çam | B | 1319 | 3596 | 2.73 |
Kayın | A | 1645 | 3743 | 2.28 |
Kayın | B | 1368 | 4303 | 3.14 |
Sedir | A | 860 | 1626 | 1.89 |
Sedir | B | 1188 | 3292 | 2,77 |
Tablo 2: moleküler ağırlıkları elde edilen lignins.
Kaynak | Koşullar | Verim (%) | S/G/H oranı | Toplam β-O-4 | S asetal (wt %) | G asetal (wt %) | H asetal (wt %) | Toplam asetal verim (wt %) |
Ceviz | A | 5.0 | 45/46/9 | 72 | 4.5 | 5,9 | 2.1 | 12,5 |
Ceviz | B | 15,2 | 59/37/4 | 74 | 3.6 | 4.7 | 1.0 | 9,3 |
Ceviz | C * | 16,2 | 65/33/2 | 45 | 3.8 | 3.9 | 0,6 | 8.3 |
Çam | A | 3.5 | 0 / > 99 / < 1 | 59 | 0 | 9,9 | 0,3 | 10,2 |
Çam | B | 4.0 | 0 / > 99 / < 1 | 46 | 0 | 1.1 | 0 | 1.1 |
Kayın | A | 5.4 | 63/37/0 | 82 | 7,7 | 6,7 | 0 | 14,4 |
Kayın | B | 13,9 | 83/17/0 | 45 | 3.6 | 3.4 | 0 | 7.0 |
Sedir | A | 6.4 | 0 / > 99 / < 1 | 64 | 0 | 8.1 | 0,1 | 8.2 |
Sedir | B | 11,5 | 0 / > 99 / < 1 | 41 | 0 | 4.7 | 0 | 4.7 |
Tablo 3: asetal verimleri lignin bozulumu. Verimi bakalit 2-arylmethyl-1,3-bozulumu ve lignin farklı kaynaklardan elde edilen dioxolones (acetals). Koşullar: 50 mg lignin, 60 wt % etilen glikol, 10 wt % Fe(OTf)3, solvent: 1,4-dioxane, 140 ° C (1 mL toplam işlem hacmi), 15 dakika (7. adım).
Kaynak | Koşullar | Lignin ayıklama verimi (%) | β-O-4 | β' - O - 4 | Toplam β-O-4 | Toplam asetal verim (wt %) | Genel asetal verim lignin ayıklama verim (wt %)1 için düzeltilmiş |
Ceviz | A | 5.0 | 34 | 38 | 72 | 12,5 | 0,63 |
Ceviz | B | 15,2 | 20 | 54 | 74 | 9,3 | 1.41 |
Ceviz | C * | 16,2 | 10 | 35 | 45 | 8.2 | 1.33 |
Çam | A | 3.5 | 22 | 37 | 59 | 10,2 | 0,36 |
Çam | B | 4.0 | 7 | 39 | 46 | 1.1 | 0,04 |
Kayın | A | 5.4 | 43 | 39 | 82 | 14,4 | 0.78 |
Kayın | B | 13,9 | 11 | 35 | 45 | 6,9 | 0,96 |
Sedir | A | 6.4 | 28 | 36 | 64 | 8.2 | 0,52 |
Sedir | B | 11,5 | 7 | 34 | 41 | 4.7 | 0.54 |
Tablo 4: genel olarak asetal verim ile ekstraksiyon verim düzeltildi. Bakalit 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes (acetals) bozulumu ve lignin lignin ayıklama verim için düzeltilmiş farklı kaynaklardan elde edilen verim. 1 Hesaplama: 100 *(lignin yield/100) * (Toplam asetal verim/100). Koşullar: 50 mg lignin, 60 wt % etilen glikol, 10 wt % Fe(OTf)3, solvent: 1,4-dioxane, 140 ° C, 15 dk (reaksiyon üzerinden adım 6) & iş-up adım 7 ile.
Çekimi, farklı koşullar ve farklı biyokütle kaynaklarını sonuçları ortaya çıkarmak nasıl nispeten yüksek bir içerik ile lignin çıkarımı β-O-4 bağlantıları için en uygun koşulları kaynağına bağlı olarak değişebilir. Örneğin, kayın ve sedir için verim artar ama ceviz ayıklama sert koşullar (Yöntem B), β-O-4 birim, miktarı bir çevre tutma ile verim üç kat artış sağlar β-O-4 miktarı önemli bir düşüş eşlik birimleri. Öte yandan, çam, sert çıkarma koşulları çok az yarar verim sağlamak ve de β-O-4 adet çok düşük bir miktarı ile lignin için yol. Bu genellikle en iyi duruma getirme şeklinde bazı lignin verim ve kalite β-O-4 birimi miktarını tutma şeklinde arasında doğru dengeyi elde edilen lignin malzeme bulmak için olduğu anlamına gelir.
Sert ayıklama şartlarından elde lignin malzemenin Mw büyük artış daha yüksek verimleri sağlayarak bu koşullar altında daha büyük parçaları ayıklanabildiği gösterir. Ancak, bu koşulları, ek parçalanma, ek düşük moleküler ağırlıklı malzeme sağlayan ve böylece polydispersity ceviz (Şekil 5a) ve sedir (Şekil 5 d) GPC grafiklerde açıkça görülebilir gibi artan oluşur ~ 500 Da, sinyal şeklinde.
HSQC NMR karşılaştırmalı verileri farklı lignins kalitesini sağlamak için önemli bir bilgilendirici araçtır. Bu yordamda, bir standart HSQC deney gerçekleştirilen bu karşılaştırmalı verileri elde etmek için harikadır ama mutlaka nicel gevşeme kez farklılıkları nedeniyle değil unutulmamalıdır. Tablo 1 ' deki bazı lignins için görüntülenen bağlantıları yüksek miktarda fazla hesaplamış. Nicel HSQC deneyler daha iyi sonuçlar sağlar ancak29seçenekler mevcuttur, ancak önemli ölçüde daha fazla NMR zaman, mal. Deneyim, Tablo 1 sayıları 100 aromatik birim başına β-O-4 adet gerçek miktarı daha iyi yansıtmak için bir 1,3 bir faktörle bölünmüş olmalıdır.
Daha önce belirtildiği gibi bildirilen Sonuçlar nasıl optimum koşullar bulma kaynağına bağlı olarak en fazla monomer verimleri elde etmek için farklı olabilir gelin. Ceviz başlangıç malzemesi olarak kullanıldığı zaman, sert koşullar (Yöntem B) lignin çıkarma için istihdam edilmektedir, örneğin, genel toplam acetals artar yaklaşık iki kat verim. Ancak, bu çok büyük fark lignin ayıklama verim, β-O-4 içeriği etkilemeden kaynaklanmaktadır. Farklı, çam kullanıldığında hafif çıkarma koşulları (a yöntemi) tercih edilir. Aslında, lignin ayıklama sonuçlarını iki olgu ama sert koşullar çok benzer verimleri bir damla birimlerindeki böyle bir düşük monomer verim için neden olabilen β-O-4 (özellikle sigara etherified β-O-4 bağlantılar) önceki paragrafta belirtildiği gibi neden. Muhtemelen daha düşük bir monomer verim uzaklaşan çıkarılması için koşullar (Yöntem B) uyguladıysanız β-O-4 bağlantıları olmayan etherified önemli bir kaybına kayın ve sedir durumlarında de görülebilmektedir. Ancak, genel asetal verim ayıklama şartlarına bağlı olarak bu kadar çok farklı değildir. Aslında, lignin ayıklama verim yaklaşık iki kat artış olarak monomer verim kabaca iki kat azalma dengeler B yöntemlerinden A geçiş her iki biyokütle kaynakları için görülmektedir.
Yazarlar hiçbir çıkar çatışması rapor
Avrupa Araştırma Konseyi, ERC başlayan Grant 2015 (CatASus) 638076 (reklamlar ve KB) mali desteği ve araştırma programı yetenek ek olarak çalışma (Marie Curie ITN 'SuBiCat' PITN-GA-2013-607044, PJD, KB ve JGdV), Avrupa Birliği tarafından finanse edildi Düzeni (Vidi) ile proje numarası 723.015.005 (KB), kısmen Hollanda organizasyon tarafından bilimsel araştırma (NWO için) finanse edilmektedir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Materials | |||
Iron (III) triflate | Sigma Aldrich | 708801-1G | purity: 90% |
Octadecane | Sigma Aldrich | 0652-100G | purity: 99% |
Celite | Alfa Aesar | H33152.0B | |
Silica Gel | SiliCycle | R12030B-1KG | P60 40-63 μm |
Dichloromethane | Macron Fine Chemicals | 6779-25 | |
Walnut shells | |||
Pine wood | |||
Cedar wood | |||
Beech wood | |||
Ethanol | JT Baker Chemicals | 00832000001 | Ethanol absolute |
Isopropanol | Acros Organics | 149320025 | 99.5+% extra pure |
Acetone | Macron Fine Chemicals | 2440-06 | |
Tetrahydrofuran | Boom B.V. | 164240025 | stabilized with BHT |
Toluene | Macron Fine Chemicals | 8608-02 | |
Water | Demi water from the internal supply | ||
1,4-Dioxane | Acros Organics | 408820010 | 99+% extra pure |
Hydrochloric acid | Acros Organics | 124620026 | 37% solution in water |
Sulfuric acid | Boom B.V. | 760519081000 | 95-97% |
Acetone-d6 | Acros Organics | 325320500 | 99.8 atom% D |
Deuterium oxide | Sigma Aldrich | 151882-100G | 99.9 atom% D |
Filters | Munktell | 400303185 | 185 mm diameter, 10 μm pore size |
Magnetic stirring bars | VWR | 442-4525 | |
Syringe filter | Sartorius | 17559-Q | 0.45 μm filter |
Autosampler vial (2 mL) | Brown | 151123 | |
Reduced volume inlet (0.3 mL) | Brown | 150820 | |
Autosampler caps (11 mm) | Brown | 151216 | |
Autosampler vial crimper | |||
Oil bath | |||
Syringes (1 mL) | Henke Sass Wolf | 4010-200V0 | |
Heating block-4 positions | IKA | ||
Micro tubes 2 ml | Sarstedt | 72691 | |
Crimp seals-20 mm | Brown Chromatography Supplies | 151287 | with Silicone/PTFE septa |
Equipment | |||
Rotary Ball Mill | Fritsch | 06.2000.00 | Laboratory Planetary Mono Mill PULVERISETTE 6 |
Hammer mill | Brabender | ||
Micro Hammer mill | Brabender | ||
Vacuum oven | Heraeus | Heraeus Vacutherm | |
Reflux setup and other glassware | CBN Suppliers B.V. | Reflux condensor, Roundbottom flask, Beaker glass and funnels | |
Rotary evaporator | IKA | ||
250 mL high pressure autoclave | Berghof | ||
1 L high pressure autoclave | Medimex | ||
Ultrasonic bath | Emerson | type Branson 3210 | |
NMR instrument | Bruker | Ascend 600 | |
THF-GPC | Hewlett Packard | 1100 series | |
Magnetic stirring plate | SalmenKipp | SK861492220263 | type x-1250 |
Coffee grinder | Profi Cook | PC-KSW1021 | |
Drilling machine | Solid | type TB 13 S | |
GC-FID | Shimadzu | ||
BUCHI Reveleris PREP purification system | Buchi | ||
BUCHI C18 column | Buchi | 150 mm × 21.2 mm × 10 μm | |
20 ml microwave vials | ??? | ||
Univapo 150 ECH rotational vacuum concentrator | UniEquip | ||
Eppendorf minispin tabletop centrifuge | Eppendorf | ||
SB2 rotator | Stuart | ||
Vortex | Wilten | ||
Processing Software | |||
WinGPC Unichrom | |||
MestReNova |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır