As the most promising first-generati

As the most promising first-generation alternative fuel, a large amount of biodiesel is being produced industrially worldwide. Biodiesel production is typically carried out via a transesterification process, in which plant oils or animal fats are reacted with alcohols and converted into biodiesel. The process produces glycerol as a major byproduct, thus resulting in a large amount of glycerol produced. This leads to significant research interest in trying to convert abundant and low-cost glycerol into other value-added products. One of the most promising glycerolderived products is 1,3-propanediol (1,3-PDO) due to its wide range of applications in various chemical, textile, and fiber industries. The production of 1,3-PDO from glycerol can indeed be achieved either by chemical and biological processes; however, the latter is considered to be more environmentally benign and is gaining considerable interest. In the biological process, glycerol conversion to 1,3-PDO takes place in an aqueous system with the use of various types of microorganisms such as Klebsiella pneumoniae, Citobacter frundii, Enterobacter agglomerans, and Clostridium butyricum.1 Despite the abovementioned advantage, the separation of 1,3-PDO from aqueous solution is a major drawback of the biological process due to the low volatility and highly hydrophilic characteristics of 1,3PDO. Various separation methods have been employed such as evaporation and distillation,2 liquid-liquid extraction,3 pervaporation,4 and chromatography;5,6 nevertheless, these processes require large amounts of energy and give uneconomically low 1,3-PDO recovery. Alternatively, the separation of 1,3-PDO can be carried out by reactive extraction, in which acetalization of 1,3-PDO and a carbonyl compound such as ketone or aldehyde takes place to form dioxane (as shown in Figure 1), which would be extracted simultaneously with an organic solvent.7 Compared with all existing separation processes, reactive extraction is easy, is energy efficient, and gives a relatively high 1,3-PDO yield.7,8
One of the major contributions to the success of reactive extraction of the biologically derived 1,3-PDO is the acid catalyst employed in the process. The most generally used catalysts are Dowex and Amberlite ion-exchange polymeric resins. These commercial catalysts are rather costly, and thus the replacement with a low-cost solid catalyst would make reactive extraction of 1,3-PDO even more economically attractive. Recently, a new class of low-cost sulfonated catalyst has been developed by incomplete carbonization of simple sugars.9 The catalysts are easy to prepare, and they have been shown to have high acid density and thus high activity for many acid catalyzed reactions such as Beckman reformation, esterification, and hydrolyzation.10 In addition, Gao et al.11 proposed a similar sulfonated catalyst synthesized by incomplete carbonization of naphthalene in sulfuric acid and reported its high reactivity and selectivity for the acetalization of carbonyl compounds. Although the catalyst was tested for the reactions that take place in organic solvent phase, their results suggested potential application of such a catalyst for the reactive extraction of 1,3PDO from the aqueous fermentation mixture. This study therefore aims to investigate the feasibility of the application of sulfonated naphthalene based catalyst for reactive extraction of 1,3-PDO from model fermentation mixture. First, the catalyst was synthesized and the physical properties were characterized. Second, the catalyst was tested for acetalization of 1,3-PDO with acetaldehyde to determine the suitable ratio of the catalyst and 1,3-PDO. In addition, the chemical equilibrium constants at various temperatures were determined, and the reactivity and the reusability of the catalyst for such reactions were evaluated and compared with those of commercial Dowex 50-WX4-200 and Amberlite IR120 (hydrogen form). Third, the catalyst was applied to the reactive extraction in which the 2-methyl-1,3dioxane (2-MD) acetalization product was simultaneously extracted with ethylbenzene as an extractant and the effects of system temperature on the mass distribution coefficient of 2-MD and the percent recovery of 1,3-PDO were determined. Furthermore, the possibility of applying this catalyst to the reverse hydrolysis reaction to convert 2-MD back to 1,3-PDO was also investigated.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

มีกำลังผลิตเป็นที่ว่ารุ่น first สำรองน้ำมันเชื้อเพลิง ไบโอดีเซลจำนวนมาก industrially ทั่วโลก โดยทั่วไปดำเนินการผลิตไบโอดีเซลออกมาผ่านขั้นตอน transesterification ใดพืชน้ำมันหรือไขมันสัตว์เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับ alcohols และแปลงเป็นไบโอดีเซล กระบวนการสร้างกลีเซอรเป็นจิตสำนึกหลัก จึง เกิดในกลีเซอรจำนวนมากผลิต นี้นำไป significant สนใจวิจัยพยายามแปลงมากมายและกลีเซอรโลว์คอสต์เป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าเพิ่มอื่น ๆ หนึ่งผลิตภัณฑ์ glycerolderived ว่าเป็น 1,3-propanediol (1,3-PDO) เนื่องจากความหลากหลายของโปรแกรมประยุกต์ในอุตสาหกรรมเคมี สิ่งทอ และ fiber ต่าง ๆ การผลิต 1,3-PDO จากกลีเซอรแน่นอนสามารถทำได้ทั้งจากเคมี และชีวภาพกระบวน อย่างไรก็ตาม หลังถือเป็นสิ่งแวดล้อมมากขึ้นอ่อนโยน แล้วจะดึงดูดสนใจมาก ในกระบวนการทางชีวภาพ แปลงกลีเซอร 1,3 PDO เกิดขึ้นในระบบอควีใช้ชนิดต่าง ๆ ของจุลินทรีย์เช่น Klebsiella pneumoniae, Citobacter frundii, Enterobacter agglomerans และเชื้อ Clostridium butyricum.1 แม้ มีข้อดีดังกล่าวข้างต้น แบ่งแยก 1,3 PDO ละลายจะเสียเปรียบที่สำคัญของกระบวนการทางชีวภาพเนื่องจากความผันผวนต่ำและลักษณะ hydrophilic สูง 1, 3PDO วิธีแยกต่าง ๆ มีการจ้างเช่นการระเหยและการกลั่น การสกัดของเหลว-ของเหลว 2, pervaporation 3, 4 และ chromatography; 5,6 อย่างไรก็ตามกระบวนการเหล่านี้ต้องใช้พลังงานจำนวนมาก และให้กู้ uneconomically ต่ำสุด 1,3-PDO หรือ แบ่งแยก 1,3 PDO สามารถทำ โดยสกัดปฏิกิริยา ในที่ acetalization 1,3 PDO และมี carbonyl ผสมเช่นแอลดีไฮด์หรือคีโตนเกิดการ dioxane ฟอร์ม (ดังแสดงในรูปที่ 1), ซึ่งจะสกัดพร้อมกัน ด้วย solvent.7 เป็นอินทรีย์ Compared ด้วยกระบวนการแยกที่มีอยู่ทั้งหมด แยกปฏิกิริยาเป็นเรื่องง่าย เป็นพลังงาน efficient และให้ yield.7 1,3 PDO ที่ค่อนข้างสูง , 8One of the major contributions to the success of reactive extraction of the biologically derived 1,3-PDO is the acid catalyst employed in the process. The most generally used catalysts are Dowex and Amberlite ion-exchange polymeric resins. These commercial catalysts are rather costly, and thus the replacement with a low-cost solid catalyst would make reactive extraction of 1,3-PDO even more economically attractive. Recently, a new class of low-cost sulfonated catalyst has been developed by incomplete carbonization of simple sugars.9 The catalysts are easy to prepare, and they have been shown to have high acid density and thus high activity for many acid catalyzed reactions such as Beckman reformation, esterification, and hydrolyzation.10 In addition, Gao et al.11 proposed a similar sulfonated catalyst synthesized by incomplete carbonization of naphthalene in sulfuric acid and reported its high reactivity and selectivity for the acetalization of carbonyl compounds. Although the catalyst was tested for the reactions that take place in organic solvent phase, their results suggested potential application of such a catalyst for the reactive extraction of 1,3PDO from the aqueous fermentation mixture. This study therefore aims to investigate the feasibility of the application of sulfonated naphthalene based catalyst for reactive extraction of 1,3-PDO from model fermentation mixture. First, the catalyst was synthesized and the physical properties were characterized. Second, the catalyst was tested for acetalization of 1,3-PDO with acetaldehyde to determine the suitable ratio of the catalyst and 1,3-PDO. In addition, the chemical equilibrium constants at various temperatures were determined, and the reactivity and the reusability of the catalyst for such reactions were evaluated and compared with those of commercial Dowex 50-WX4-200 and Amberlite IR120 (hydrogen form). Third, the catalyst was applied to the reactive extraction in which the 2-methyl-1,3dioxane (2-MD) acetalization product was simultaneously extracted with ethylbenzene as an extractant and the effects of system temperature on the mass distribution coefficient of 2-MD and the percent recovery of 1,3-PDO were determined. Furthermore, the possibility of applying this catalyst to the reverse hydrolysis reaction to convert 2-MD back to 1,3-PDO was also investigated.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ในฐานะที่เป็นสายมีแนวโน้มมากที่สุดเชื้อเพลิงทางเลือกรุ่นแรกเป็นจำนวนมากของไบโอดีเซลจะถูกผลิตอุตสาหกรรมทั่วโลก การผลิตไบโอดีเซลโดยปกติจะดำเนินการผ่านทางสาย transesteri กระบวนการไอออนซึ่งในน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์จะทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์และเปลี่ยนเป็นไบโอดีเซล กระบวนการผลิตกลีเซอรีนเป็นผลพลอยได้ที่สำคัญจึงทำให้เกิดการจำนวนมากของกลีเซอรอลที่ผลิต นี้นำไปสู่การมีนัยสำคัญที่น่าสนใจในการวิจัยลาดเทพยายามแปลงกลีเซอรอลที่อุดมสมบูรณ์และมีต้นทุนต่ำเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าเพิ่มอื่น ๆ หนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่มีแนวโน้มมากที่สุด glycerolderived คือ 1,3-โพรเพน (1,3-PDO) เนื่องจากความหลากหลายของการใช้งานในทางเคมีต่างๆ, สิ่งทอ, อุตสาหกรรมและไฟเบอร์ การผลิตของ 1,3-PDO จากกลีเซอรอลแน่นอนสามารถทำได้ทั้งโดยทางเคมีและกระบวนการทางชีวภาพ; แต่หลังจะถือเป็นพิษเป็นภัยกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นและกำลังได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก ในกระบวนการทางชีวภาพ, การแปลงกลีเซอรอลที่จะ 1,3-PDO จะเกิดขึ้นในระบบที่มีการใช้น้ำประเภทต่างๆของจุลินทรีย์เช่น Klebsiella pneumoniae, Citobacter frundii, Enterobacter agglomerans และ Clostridium butyricum.1 แม้จะมีข้อได้เปรียบดังกล่าวแยก ของ 1,3-PDO จากสารละลายเป็นอุปสรรคสำคัญของกระบวนการทางชีวภาพเนื่องจากความผันผวนต่ำและลักษณะน้ำสูงของ 1,3PDO วิธีการแยกต่าง ๆ ได้รับการว่าจ้างเช่นการระเหยและการกลั่น 2 การสกัดของเหลวของเหลว pervaporation 3, 4 และโค; 5,6 แต่กระบวนการเหล่านี้ต้องใช้พลังงานจำนวนมากและให้ uneconomically ต่ำกู้คืน 1,3-PDO อีกวิธีหนึ่งคือการแยกของ 1,3-PDO สามารถดำเนินการได้โดยการสกัดปฏิกิริยาที่ acetalization ของ 1,3-PDO และสารประกอบคาร์บอนิลเช่นคีโตนหรือลดีไฮด์จะเกิดขึ้นในรูปแบบ dioxane (ดังแสดงในรูปที่ 1) ซึ่ง จะได้รับการสกัดพร้อมกันกับ solvent.7 อินทรีย์เมื่อเทียบกับกระบวนการแยกที่มีอยู่สกัดปฏิกิริยาเป็นเรื่องง่ายเป็นพลังงานที่เพียงพอ EF fi, และให้ค่อนข้างสูง 1,3-PDO yield.7,8
หนึ่งในผลงานที่สำคัญต่อความสำเร็จของ สกัดปฏิกิริยาทางชีวภาพที่ได้มา 1,3-PDO เป็นตัวเร่งปฏิกิริยากรดลูกจ้างในกระบวนการ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้มากที่สุดโดยทั่วไปจะ Dowex และพอลิเมอ Amberlite เรซินแลกเปลี่ยนไอออน ตัวเร่งปฏิกิริยาในเชิงพาณิชย์เหล่านี้มีค่าใช้จ่ายค่อนข้างจึงเปลี่ยนด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งต้นทุนต่ำจะทำให้การสกัดปฏิกิริยาของ 1,3-PDO ที่น่าสนใจมากยิ่งขึ้นทางเศรษฐกิจ เมื่อเร็ว ๆ นี้คลาสใหม่ของต้นทุนต่ำเร่งปฏิกิริยา sulfonated ได้รับการพัฒนาโดยถ่านที่ไม่สมบูรณ์ของ sugars.9 ง่ายตัวเร่งปฏิกิริยาจะง่ายต่อการเตรียมความพร้อมและพวกเขาได้รับการแสดงที่จะมีความหนาแน่นของกรดสูงและกิจกรรมสูงจึงกรดหลายตัวเร่งปฏิกิริยาเช่น การปฏิรูปเบคค์, ไอออนบวกไฟ esteri และ hydrolyzation.10 นอกจากนี้ Gao et al.11 เสนอตัวเร่งปฏิกิริยาที่คล้ายกัน sulfonated สังเคราะห์โดยถ่านที่ไม่สมบูรณ์ของเหม็นในกรดกำมะถันและรายงานการเกิดปฏิกิริยาสูงและการเลือกสำหรับ acetalization ของสารประกอบคาร์บอนิล แม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้รับการทดสอบปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในขั้นตอนการทำละลายอินทรีย์ผลของพวกเขาแนะนำแอพลิเคชันดังกล่าวมีศักยภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการสกัดปฏิกิริยาของ 1,3PDO จากการหมักผสมน้ำ การศึกษาครั้งนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ของการประยุกต์ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาตาม sulfonated เหม็นสำหรับการสกัดปฏิกิริยาของ 1,3-PDO จากส่วนผสมหมักรูปแบบ ครั้งแรกที่ตัวเร่งปฏิกิริยาสังเคราะห์และคุณสมบัติทางกายภาพมีลักษณะ ประการที่สองตัวเร่งปฏิกิริยาได้รับการทดสอบสำหรับ acetalization ของ 1,3-PDO กับ acetaldehyde การกำหนดอัตราส่วนที่เหมาะสมของตัวเร่งปฏิกิริยาและ 1,3-PDO นอกจากนี้ยังมีค่าคงที่สมดุลเคมีที่อุณหภูมิต่างๆได้รับการพิจารณาและการเกิดปฏิกิริยาและสามารถนำมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาดังกล่าวได้รับการประเมินและเปรียบเทียบกับการค้า Dowex 50 WX4-200 และ Amberlite IR120 (แบบไฮโดรเจน) ประการที่สามการเร่งปฏิกิริยาถูกนำไปใช้สกัดปฏิกิริยาที่ 2-methyl-1,3dioxane (2-MD) ผลิตภัณฑ์ acetalization ถูกสกัดพร้อมกันกับ ethylbenzene เป็นสารสกัดและผลกระทบของอุณหภูมิของระบบในการกระจายมวล COEF เพียงพอสาย 2-MD และการกู้คืนเปอร์เซ็นต์ของ 1,3-PDO ได้รับการพิจารณา นอกจากนี้ความเป็นไปได้ของการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่จะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิย้อนกลับการแปลง 2 MD กลับไปที่ 1,3-PDO ถูกตรวจสอบยัง

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เป็นแนวโน้มมากที่สุดจึงตัดสินใจเดินทางไปผลิตเชื้อเพลิงทางเลือก , จำนวนมากของไบโอดีเซลที่ผลิตเชิงอุตสาหกรรมทั่วโลก การผลิตไบโอดีเซลโดยทั่วไปจะดำเนินการผ่านการ transesteri ถ่ายทอดกระบวนการ ซึ่งน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์ มีปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ และถูกแปลงเป็นไบโอดีเซล กระบวนการผลิตกลีเซอรอลเป็นอาหารหลักจึงส่งผลให้ปริมาณของกลีเซอรอลที่ผลิต นี้นำไปสู่การ signi จึงไม่สามารถวิจัยความสนใจในการพยายามที่จะแปลงมากมายและกลีเซอรอลต่ำเป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าเพิ่มอื่น ๆ หนึ่งในแนวโน้มมากที่สุด glycerolderived ผลิตภัณฑ์ 1,3-propanediol ( 1,3-pdo ) เนื่องจากมีช่วงกว้างของการประยุกต์ใช้ในทางเคมีต่างๆ , สิ่งทอและอุตสาหกรรมเบอร์จึง . การผลิต 13-pdo จากกลีเซอรอลที่แน่นอนสามารถทำได้โดยกระบวนการทางเคมีและชีวภาพ อย่างไรก็ตาม หลังถือว่าเป็นอ่อนโยนต่อสิ่งแวดล้อมและดึงดูดความสนใจมาก ในกระบวนการทางชีวภาพ , กลีเซอรอลเพื่อการเปลี่ยนแปลง 1,3-pdo เกิดขึ้นในระบบน้ำ ด้วยการใช้จุลินทรีย์ชนิดต่าง ๆเช่น Klebsiella pneumoniae citobacter frundii , ,เทอโรแบคเตอร์ agglomerans และ Clostridium butyricum 1 แม้จะมีข้อได้เปรียบดังกล่าวข้างต้น , แยกของ 1,3-pdo จากสารละลาย เป็น ข้อเสียเปรียบหลักของกระบวนการทางชีวภาพเนื่องจากความผันผวนต่ำและสูงที่มีลักษณะของ 1,3pdo . วิธีการแยกต่าง ๆ มาใช้ เช่น การระเหยและการกลั่น การสกัดของเหลวกับของเหลวน้ำหนัก 2 , 3 ,4 และโครมาโทกราฟี ; 5 , 6 อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ต้องใช้จำนวนมากของพลังงานและให้ต่ำ uneconomically 1,3-pdo การกู้คืน อีกวิธีหนึ่งคือ การแยกของ 1,3-pdo สามารถดำเนินการได้โดยปฏิกิริยาการสกัด ซึ่ง acetalization ของ 1,3-pdo และสารประกอบคาร์บอนิล เช่น อัลดีไฮด์ คีโตน หรือใช้สถานที่ในรูปแบบไดออกเซน ( ดังแสดงในรูปที่ 1 )ซึ่งจะสกัดพร้อมกันด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ 7 เทียบกับที่มีอยู่ทั้งหมดแยกกระบวนการปฏิกิริยาการสกัดเป็นเรื่องง่ายเป็นพลังงานจึง cient EF และให้ 1,3-pdo ค่อนข้างสูงผลผลิต . 7 , 8
หนึ่งในผลงานที่สำคัญเพื่อความสำเร็จของปฏิกิริยาการสกัดทางชีวภาพที่ได้มา 1,3-pdo เป็นตัวเร่งปฏิกิริยากรดที่ใช้ในกระบวนการมากที่สุดโดยทั่วไปใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นดังนั้นสารละลายพอลิเมอร์และไอออนเรซิน . ตัวเร่งปฏิกิริยาธุรกิจเหล่านี้จะค่อนข้างแพง จึงทดแทนด้วยต้นทุนต่ำ จะทำให้ปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งการสกัด 1,3-pdo มากขึ้นทางเศรษฐกิจที่น่าสนใจ เมื่อเร็ว ๆนี้ , คลาสใหม่ของตัวเร่งปฏิกิริยาซัลต้นทุนต่ำที่ได้รับการพัฒนาโดยการสมบูรณ์ของน้ำตาลที่เรียบง่าย9 ซึ่งจะง่ายต่อการเตรียม และพวกเขาได้รับการแสดงที่จะมีความหนาแน่นสูง และ กรดจึงกิจกรรมสูงหลายกรดปฏิกิริยา เช่น แบคแมนการปฏิรูป จึง esteri ไอออนบวก และ hydrolyzation.10 นอกจากนี้เกา et al .11 เสนอคล้ายตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์จากการซัลไม่สมบูรณ์ของแนฟทาลีนในกรดซัลฟูริกและรายงานประสิทธิภาพสูงและเวลาสำหรับ acetalization สารประกอบคาร์บอนิล . ถึงแม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ถูกทดสอบสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเฟสตัวทำละลายอินทรีย์ , ผลของพวกเขาที่แนะนำให้ใช้ศักยภาพดังกล่าวเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาการสกัด 13pdo จากส่วนผสมการหมักน้ำ . ดังนั้นในการศึกษานี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการประยุกต์ใช้แนฟทาลีนซัลใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาการสกัด 1,3-pdo จากการหมักแบบผสม แรก , ตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์และคุณสมบัติทางกายภาพเพียง ประการที่สอง เร่งการทดสอบ acetalization 1 ,3-pdo กับอะเซทัลดีไฮด์เพื่อศึกษาอัตราส่วนที่เหมาะสมของตัวเร่งปฏิกิริยา และ 1,3-pdo . นอกจากนี้ ค่าคงที่สมดุลเคมีที่อุณหภูมิต่าง ๆ มุ่งมั่นและปฏิกิริยาและใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาดังกล่าวถูกประเมินและเปรียบเทียบกับของดังนั้น 50-wx4-200 พาณิชย์และ ir120 ( สารละลายไฮโดรเจนรูปแบบ ) ประการที่สามตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการสกัดสี ซึ่ง 2-methyl-1,3dioxane ( 2-md ) ผลิตภัณฑ์ acetalization พร้อมกันสกัดด้วยเอธิลเป็นสารสกัด และผลของอุณหภูมิของระบบมวลกระจาย coef จึง cient ของ 2-md ร้อยละและการกู้คืนของ 1,3-pdo ตัวอย่าง นอกจากนี้ความเป็นไปได้ของการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อย้อนกลับปฏิกิริยาไฮโดรแปลง 2-md กลับไป 1,3-pdo ศึกษา .