Pretreatment of wheat straw using deep eutectic solvents and ultrasound

• Autorzy: Škulcová A. , Jablonský M. , Ház A. , Vrška M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/54.2016.4.2

Warianty tytułu

PL

Wstępna obróbka słomy pszenicznej rozpuszczalnikami eutektycznymi i ultradźwiękami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Testing of new solvent systems is the great challenge in the field of green chemistry. Deep eutectic solvents (DESs) represent the principles of green chemistry and are relatively new topic in science. This article describes various deep eutectic solvents, which were used for pretreatment of biomass. Wheat straw was treated with five different DES systems based on choline chloride with lactic acid (1:9, 1:10), malonic acid (1:1), oxalic acid (1:1), malic acid (1:1) and urea (1:2). We have been dealing with finding the efficient solvent for lignin isolation from wheat straw. The application of ultrasound to fibers proved to be a method suitable to break the fibers and to improve their accessibility to DES. The application of ultrasound pretreatment significantly helped to obtain more lignin from wheat straw fibers. The use of larger fibers has a great importance in the preparation of commercial technology.

PL

Badanie właściwości nowych układów rozpuszczalnikowych stanowi duże wyzwanie w obrębie chemii ekologicznej. Wieloskładnikowe rozpuszczalniki o właściwościach eutektycznych (DES) wpisują się w zasady chemii przyjaznej środowisku („zielonej”) i stanowią względnie nowy temat badawczy. W artykule opisano różne rozpuszczalniki eutektyczne, których używano do wstępnej obróbki biomasy. Słoma pszeniczna była poddawana działaniu pięciu różnych mieszanin eutektycznych na bazie chlorku choliny z kwasem mlekowym (1:9, 1:10), kwasem malonowym (1:1), kwasem szczawiowym (1:1), kwasem jabłkowym (1:1) oraz mocznikiem (1:2). Celem badań było znalezienie rozpuszczalnika, który usuwałby ligninę z włókien słomy w sposób najbardziej efektywny. Działanie ultradźwiękami na włókna okazało się dobrą metodą osłabiania struktury włókien i zwiększenia ich podatności na działanie rozpuszczalników. Przyczyniło się do znacznego zwiększenia ilości ligniny usuwanej z włókien słomy pszenicznej.

Słowa kluczowe

EN

deep eutectic solvents; biomass; fractionation; delignification

PL

rozpuszczalniki eutektyczne; biomasa; frakcjonowanie; delignifikacja

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Papierniczy
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 72, nr 4
• Strony: 243--247
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Škulcová A.

• Faculty of Chemical and Food Technology, Institute of Natural and Synthetic Polymers, Department of Wood, Pulp and Paper

autor

Jablonský M.

• Institute of Inorganic Chemistry, Technology and Materials – Slovak University of Technology, Radlinského 9, Bratislava, 812 37, Slovak Republic

autor

Ház A.

• Institute of Inorganic Chemistry, Technology and Materials – Slovak University of Technology, Radlinského 9, Bratislava, 812 37, Slovak Republic

autor

Vrška M.

• Institute of Inorganic Chemistry, Technology and Materials – Slovak University of Technology, Radlinského 9, Bratislava, 812 37, Slovak Republic

Bibliografia

• [1] Abbott Andrew P., Boothby David, Capper Glen, Davies David L., Rasheed Raymond K. 2004. „Deep eutectic solvents formed between choline chloride and carboxylic acids: Versatile alternatives to ionic liquids“, J. Am. Chem. Soc. 126 (29): 9142-9147.
• [2] Bi Wentao, Tian Minglei, Row Kyung Ho. 2013. „Evaluation of alcohol-based deep eutectic solvent in extraction and determination of flavonoids with response surface methodology optimization”, J. Chromatogr A. 1285: 22-30.
• [3] Brandt Agnieszka., Grasvik John, Hallett Jason P., Welton Tom. 2013. “Deconstruction of lignocellulosic biomass with ionic liquids”, Green Chem. 15 (3): 550-583.
• [4] Dai Yuntao, Witkamp G.eert-Jan, Verpoorte Robert, Choi Young Hae. 2013. „Natural deep eutectic solvents as a new extraction media for phenolic metabolites in Carthamus tinctorius L.”, Anal. Chem. 85 (13): 6272-6278.
• [5] de Dios Largo Garcia. 2013. Phase equilibria for extraction processes with designer solvent, Doctoral Thesis, 2013, University of Santiago de Compostela, Santiago de Compostela, Spain, p. 137.
• [6] Fang Wenjun, Shao Dongbei, Lu Xiaoxing, Guo, Yongsheng, Xu Li. 2012. „Extraction of aromatics from hydrocarbon fuels using n-alkyl piperazinium-based ionic liquids“, Energy Fuels 26: 2154–2160.
• [7] Francisco Maria, van den Bruinhorst Adriaan, Kroon Maaike Christine. 2012. „New natural renewable low transition temperature mixtures (LTTMs): Screening as solvents for lignocellulosic biomass processing“, Green Chem. 14 (8): 2153-2157.
• [8] Jablonský Michal, Škulcová Andrea, Kamenská Lucia, Vrška Milan, Šima Jozef. 2015. „Deep eutectic solvents: Fractionation of wheat straw”, BioResources 10 (4): 8039-8047.
• [9] Kroon Maaike Christine, Casal Maria Francisco, van den Bruinhorst Adriaan. 2013. “Pretreatment of lignocellulosic biomass and recovery of substituents using natural deep eutectic solvents/compound mixtures with low transition temperatures”, International Patent WO 2013/153203(A).
• [10] Kumar, Adepu Kiran, Pharik Bhumika, Pravakar Mohanty. 2015. „Natural deep eutectic solvents mediated pretreatment of rice straw: Bioanalytical characterization of lignin extract and enzymatic hydrolysis of treated biomass residue“, Environ Sci. Pollut. Res.
• [11] Marčok Milan, Kurjatko Stanislav. 1987. „Application of ultrasonics waves for transport of liquids through the wood”, Monograph VPA 1987/3, Technical University in Zvolen, Slovakia.
• [12] Mason Timothy James, Paniwnyk Larysa, Lorimer John. 1996. „The use of ultrasound in food technology”, Ultrason. Sonochem. 3 (3): 253-260.
• [13] Oliveira Filipe S., Pereiro Ana B., Rebelo Luís P. N., Marrucho Isabel M. 2013. „Deep eutectic solvent as extraction media for azeotropic mixtures“, Green Chem. 15: 1326-1330.
• [14] Shahbaz Kaveh, Mjalli FFarouq S., Hashim Mohd Ali, Alnashef, Inas. 2013. „Elimination of free glycerol from palm oil-based biodiesel using non-glycerol based deep eutectic solvents“, Separ. Sci. Tech¬nol. 48: 1184-1193.
• [15] Shahbaz Kaveh, Mjalli FFarouq S., Hashim Mohd Ali, Alnashef, Inas. 2011. „Eutectic solvents for the removal of residual palm oil-based biodiesel catalyst“, Sep. Purif. Technol. 81: 216-222.
• [16] Sluiter Amie, Ruiz Raymond, Scarlata Christopher, Sluiter Justin, Templeton David. 2008. „Determination of extractives in biomass”, Technical Report, NREL/TP-510-42619.
• [17] TAPPI Method T222 om-98. 1998. „Acid-insoluble lignin in wood and pulp“, Tappi Test Methods, TAPPI Press, Atlanta, GA
• [18] TAPPI Method T211 om-93. 1998. „Ash in wood, pulp, paper and paperboard: combustion at 525°C“, Tappi Test Methods, TAPPI Press, Atlanta, GA.
• [19] Tavarrez, Ana .P.M., Rodriguez Oscar, Macedo Eeugéna A. 2013. „Chapter 20 - New Generations of Ionic Liquids Applied to Enzymatic Biocatalysis. Ionic Liquids - New Aspects for the Future“, ISBN 978-953-51-0937-2.
• [20] Tomé Liliana C., Patinha David J., Ferreira Rui, Garcia Helga, Pereira Cristina Silva, Freire Carmen S. R., Rebelo LLuís Paulo N., Marrucho Isabel. 2014. „Cholinium-based supported ionic liquid membranes: A sustainable route for carbon dioxide separation“, ChemSusChem. 7 (1): 110-113.
• [21] Wise Louis E., Murphy Maxine, Daddieco Alfred A. 1946. „Chlorite holocellulose, its fractionation and bearing on summative wood analysis and on studies on the hemicelluloses”, Tech. Assoc. Pap. 29 (6): 210–218.
• [22] Wojcak Adam, Pekarovicova Alexandra. 2001. „Enhancement of softwood kraft pulp accessibility for enzymatic hydrolysis by means of ultrasonic irradiation”, Cell. Chem. Tech. 35 (3-4): 361-369.
• [23] Yang Dezhong , Hon Minqiang, Ning Hui, Zhang Jianling, Ma Jun, Yang Guanying, Han Buxing. 2013. „Efficient SO2 absorption by renewable choline chloride–glycerol deep eutectic solvents“, Green Chem. 15: 2261-2265.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.