Lignocellulosic biomass is a renewa

Lignocellulosic biomass is a renewable resource that may be converted to fuels and/or chemicals [1, 2]. Recent research and development efforts have examined a two step bioconversion process that involves: 1) liberation of fermentable sugars from lignocellulose and, 2) conversion of sugars into fuels and/or chemicals by fermentation [3, 4]. The potential of lignocellulosic biomass to serve as a renewable feedstock has not been realized, primarily due to the historical shift towards petroleum-based feedstocks in the 1920s and the difficulty in depolymerization of lignocellulose into its component monomeric sugars [5].

The use of ionic liquids (ILs) as biomass solvents is an attractive alternative for the pretreatment of lignocellulosic biomass [6]. It has been shown that pretreatment with imidazolium-based ILs containing anions such as chloride [7], acetate [8] and alkyl phosphate [9], can greatly accelerate the subsequent enzymatic hydrolysis of biomass. Current approaches that use neat IL as the pretreatment solvent and water as antisolvent to precipitate carbohydrate-rich material require significant amounts of water to extract residual IL from the precipitated cellulose and undissolved biomass, and also require an effective means to recover and recycle the IL [8, 10]. These requirements pose significant economic and sustainability challenges to the deployment of the IL pretreatment technology [11].

Another approach to sugar production using ILs is to use acid catalysts to produce sugars and other compounds in situ through the hydrolysis of polysaccharides dissolved in imidazolium chloride [12, 13, 14, 15]. Li et al. reported biomass hydrolysis in ILs with different mineral acids as catalysts and achieved a maximum 81% liberation of the total reducing sugars initially present in the biomass with 1-n-butyl-3-methylimidazolium chloride ([C4mim]Cl) and hydrochloric acid [12]. The use of Brønsted acid ILs, which act as both the solvent and catalyst, to dissolve and hydrolyze cellulose has also been reported [16]. This could potentially provide a means of liberating fermentable sugars from biomass without employing enzymatic saccharification [11, 17]. Separation of the sugars from the aqueous IL and recovery of the IL after acid hydrolysis are challenging and must be addressed in order to make this process economically viable.

Rogers et al. reported that certain hydrophilic ILs could form an aqueous biphasic system (ABS) in the presence of concentrated kosmotropic salts [18]. Subsequently, significant progress has been made that demonstrates the efficacy of this approach for separation of biomolecules, small organic molecules, biochemicals, and radiological isotopes [19, 20, 21, 22, 23]. It has been reported that an ABS can be formed with addition of an appropriate amount of K3PO4, K2HPO4, K2CO3, KOH, NaOH, or Na2HPO4 to an aqueous solution containing [C4mim]Cl [19, 24]. When added to certain aqueous IL solutions, kosmotropic anions stabilize water-water interactions, resulting in more energy being required for cavity formation around the bulky organic [C4mim]+ cation. At a certain concentration of kosmotropic salts, an aqueous phase containing chaotropic IL can phase separate with the salt phase [23]. We describe a process that uses the phase separation behavior of imidazolium ILs/alkali/water solutions in tandem with acid catalyzed hydrolysis to extract the sugars liberated from biomass from the aqueous IL solutions. This approach offers the potential of reducing costs of sugar production from lignocellulose by eliminating the need for enzymes and decreasing the water consumption requirements of more traditional IL pretreatment approaches.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ชีวมวล lignocellulosic เป็นทรัพยากรทดแทนซึ่งอาจแปลงเป็นเชื้อเพลิงหรือสารเคมี [1, 2] ล่าสุดความพยายามวิจัยและพัฒนามีการตรวจสอบสองขั้นตอน bioconversion กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับ: 1) ปลดปล่อยน้ำตาล fermentable lignocellulose และ 2) แปลงน้ำตาลเป็นเชื้อเพลิงหรือสารเคมี โดยหมัก [3, 4] ศักยภาพของชีวมวล lignocellulosic เพื่อใช้เป็นวัตถุดิบทดแทนมีไม่เกิด หลักเนื่องจากประวัติศาสตร์กะต่อวมวลปิโตรเลียมในปี 1920 และความยากลำบากในการ depolymerization ของ lignocellulose เป็นส่วนประกอบของน้ำตาล monomeric [5]การใช้ของเหลวไอออนิก (ILs) เป็นสารชีวมวลเป็นทางเลือกน่าสนใจสำหรับปรับสภาพชีวมวล lignocellulosic [6] มันแสดงว่า เตรียมกับ ILs imidazolium คะแนนประกอบด้วยนไอออนเช่นคลอไรด์ [7], อะซิเตท [8] และคิลฟอสเฟต [9], สามารถช่วยเร่งย่อยเอนไซม์การสลายของชีวมวล ปัจจุบันวิธีที่อิลเรียบร้อยใช้เป็นตัวทำละลายที่เตรียม และน้ำเป็น antisolvent ตกตะกอนวัสดุที่อุดมด้วยคาร์โบไฮเดรตต้องปริมาณที่สำคัญของน้ำเพื่อแยก IL ที่เหลือจากตกตะกอนเซลลูโลสและชีวมวล undissolved และยัง ต้องมีประสิทธิภาพหมายถึง การกู้คืน และรีไซเคิล IL [8, 10] ข้อกำหนดเหล่านี้ก่อให้เกิดความท้าทายสำคัญทางเศรษฐกิจและความยั่งยืนการปรับใช้เทคโนโลยีเตรียม IL [11]วิธีอื่นในการผลิตน้ำตาลโดยใช้ ILs คือการ ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยากรดในการผลิตน้ำตาลและสารประกอบอื่น ๆ ในแหล่งกำเนิดผ่านการย่อยสลายของสารละลายใน imidazolium คลอไรด์ [12, 13, 14, 15] Li et al.รายงานย่อยชีวมวลใน ILs มีกรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแตกต่างกัน และได้รับการปลดปล่อย 81% สูงสุดรวมลดน้ำตาลตอนแรกอยู่ในชีวมวลกับคลอไรด์ 1-เอ็นบิวทิล-3-methylimidazolium ([C4mim] Cl) และกรดไฮโดรคลอริก [12] การใช้ Brønsted กรด ILs ซึ่งทำหน้าที่เป็นทั้งตัวทำละลายและตัวเร่งปฏิกิริยา การละลาย และ hydrolyze เซลลูโลสได้รับรายงาน [16] นอกจากนี้นี้อาจอาจให้ความหมายของการปลดปล่อยน้ำตาล fermentable จากชีวมวลโดยใช้เอนไซม์ saccharification [11, 17] แยกของน้ำตาลจาก IL อควีและการกู้คืนของอิลหลังกรดไฮโตรไลซ์จะท้าทาย และต้องจัดการเพื่อให้กระบวนการนี้เศรษฐกิจโรเจอร์สร้อยเอ็ดรายงานว่า ILs บางน้ำอาจจะมีระบบ biphasic อควี (ABS) ในเกลือเข้มข้น kosmotropic [18] ต่อมา มีความคืบหน้าได้ที่แสดงประสิทธิภาพของวิธีการนี้สำหรับการแยกชื่อโมเลกุลชีวภาพ โมเลกุลอินทรีย์ขนาดเล็ก ชีวเคมี และเกี่ยวกับรังสีไอโซโทป [19, 20, 21, 22, 23] มีรายงานว่า มี ABS สามารถเกิดขึ้น ด้วยกันอย่างเหมาะสมจำนวน K3PO4, K2HPO4, K2CO3 เกาะ NaOH หรือ Na2HPO4 การละลายประกอบด้วย Cl [C4mim] [19, 24] เมื่อเพิ่มการละลายบาง IL, kosmotropic นไอออนเสถียรภาพโต้น้ำน้ำ ส่งผลให้พลังงานจำเป็นสำหรับสร้างโพรงรอบใหญ่อินทรีย์ [C4mim] + ไอออน ที่มีบางความเข้มข้นของเกลือ kosmotropic เฟสอประกอบด้วย chaotropic IL สามารถเฟสแยก ด้วยระยะเกลือ [23] เราอธิบายกระบวนการที่ใช้แยกโมเลกุลของ imidazolium ILs/ด่าง โซลูชั่นควบคู่กับกรดไฮโตรไลซ์กระบวนการแยกน้ำตาลรับการปลดปล่อยจากชีวมวลจาก IL ละลาย วิธีการนี้มีศักยภาพของการลดต้นทุนของการผลิตน้ำตาลจาก lignocellulose โดยไม่จำเป็นสำหรับเอนไซม์ และลดความต้องการใช้น้ำของ IL ดั้งเดิมวิธีเตรียม

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ชีวมวลลิกโนเซลลูโลสเป็นทรัพยากรที่ทดแทนที่อาจถูกแปลงเป็นเชื้อเพลิงและ / หรือสารเคมี [1, 2] การวิจัยและพัฒนาที่ผ่านมามีความพยายามตรวจสอบกระบวนการทางชีวภาพมีสองขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับ: 1) การปลดปล่อยของน้ำตาลที่ย่อยลิกโนเซลลูโลสจากและ 2) การแปลงของน้ำตาลเข้าเชื้อเพลิงและ / หรือสารเคมีโดยการหมัก [3, 4] ศักยภาพของชีวมวลลิกโนเซลลูโลสเพื่อใช้เป็นวัตถุดิบทดแทนไม่ได้รับรู้หลักเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางประวัติศาสตร์ต่อวัตถุดิบจากปิโตรเลียมในปี ค.ศ. 1920 และความยากลำบากใน depolymerization ของลิกโนเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาล monomeric ขององค์ประกอบ [5]. the

การใช้งานของอิออน ของเหลว (ILS) เป็นตัวทำละลายชีวมวลเป็นอีกทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับการปรับสภาพของสารชีวมวลลิกโนเซลลูโลสม [6] มันแสดงให้เห็นว่าการปรับสภาพกับ ILs imidazolium ตามที่มีแอนไอออนเช่นคลอไรด์ [7], อะซิเตท [8] และอัลคิลฟอสเฟต [9] มากสามารถเร่งการย่อยของเอนไซม์ที่ตามมาของชีวมวล วิธีการปัจจุบันที่ใช้เรียบร้อย IL เป็นการปรับสภาพตัวทำละลายและน้ำเป็น antisolvent ตะกอนวัสดุที่อุดมด้วยคาร์โบไฮเดรตจำเป็นต้องใช้จำนวนเงินที่สำคัญของน้ำที่จะดึงส่วนที่เหลือ IL จากเซลลูโลสตกตะกอนและชีวมวลละลายและยังต้องใช้วิธีที่มีประสิทธิภาพในการกู้คืนและรีไซเคิลอิลลินอยส์ [ 8, 10] ความต้องการเหล่านี้ก่อให้เกิดความสำคัญกับความท้าทายทางเศรษฐกิจและการพัฒนาอย่างยั่งยืนในการใช้งานของเทคโนโลยีอิลลินอยส์ปรับสภาพ [11].

อีกวิธีหนึ่งในการผลิตน้ำตาลโดยใช้ ILs คือการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยากรดในการผลิตน้ำตาลและสารอื่น ๆ ในแหล่งกำเนิดผ่านการย่อยสลายของ polysaccharides ละลายใน imidazolium คลอไรด์ [ 12, 13, 14, 15] Li et al, รายงานการย่อยสลายชีวมวลใน ILs กับกรดแร่ธาตุที่แตกต่างกันเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและประสบความสำเร็จในการปลดปล่อยสูงสุด 81% ของน้ำตาลลดรวมขั้นต้นอยู่ในชีวมวล 1-n-butyl-3-methylimidazolium คลอไรด์ ([C4mim] Cl) และกรดไฮโดรคลอริก [12 ] การใช้งานของBrønsted ILs กรดซึ่งทำหน้าที่เป็นทั้งตัวทำละลายและตัวเร่งปฏิกิริยาในการละลายและการย่อยสลายเซลลูโลสยังได้รับรายงาน [16] นี้อาจจะให้ความหมายของน้ำตาลที่ย่อยปลดปล่อยจากชีวมวลโดยไม่ต้องจ้าง saccharification เอนไซม์ [11, 17] แยกของน้ำตาลจากน้ำ IL และการกู้คืนของ IL หลังจากการย่อยสลายกรดมีความท้าทายและต้องได้รับการแก้ไขเพื่อที่จะทำให้กระบวนการนี้มีศักยภาพทางเศรษฐกิจ.

โรเจอร์ส, et al รายงานว่า ILs hydrophilic บางอย่างสามารถสร้างระบบน้ำ biphasic (ABS) ในการปรากฏตัวของเกลือ kosmotropic เข้มข้น [18] ต่อจากนั้นความคืบหน้าอย่างมีนัยสำคัญได้รับการทำที่แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของวิธีการนี้สำหรับการแยกสารชีวโมเลกุลโมเลกุลของสารอินทรีย์ขนาดเล็กชีวเคมีและไอโซโทปรังสี [19, 20, 21, 22, 23] มันได้รับรายงานว่ามี ABS สามารถเกิดขึ้นด้วยนอกจากนี้ในปริมาณที่เหมาะสม K3PO4, K2HPO4, K2CO3, เกาะ, NaOH หรือ Na2HPO4 เพื่อสารละลายที่มี [C4mim] Cl [19 24] เมื่อเข้ามาแก้ปัญหาน้ำ IL บางอย่างแอนไอออน kosmotropic รักษาเสถียรภาพปฏิสัมพันธ์น้ำน้ำผลในการใช้พลังงานมากขึ้นที่จำเป็นสำหรับการสร้างโพรงขนาดใหญ่รอบอินทรีย์ไอออนบวก [C4mim] + ที่มีความเข้มข้นของเกลือบาง kosmotropic เป็นเฟสน้ำที่มี chaotropic IL สามารถแยกจากกันพร้อมเฟสเฟสเกลือ [23] เราอธิบายกระบวนการที่ใช้พฤติกรรมการแยกเฟสของ ILs imidazolium A / ด่างโซลูชั่น / น้ำควบคู่กับกรดเร่งการย่อยสลายที่จะดึงน้ำตาลปลดปล่อยจากชีวมวลจากการแก้ปัญหาน้ำ IL วิธีนี้มีศักยภาพในการลดค่าใช้จ่ายของการผลิตน้ำตาลจากลิกโนเซลลูโลสโดยไม่จำเป็นต้องใช้เอนไซม์และลดความต้องการใช้น้ำของดั้งเดิม IL วิธีการปรับสภาพมากขึ้น

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ชีวมวล lignocellulosic เป็นทรัพยากรหมุนเวียนที่อาจถูกแปลงเป็นเชื้อเพลิงและ / หรือสารเคมี [ 1 , 2 ] การวิจัยและความพยายามพัฒนาล่าสุดได้ตรวจสอบกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการสองขั้นตอน : 1 ) การปลดปล่อยของหมักน้ำตาลจากลิกโนเซลลูโลสและ 2 ) การแปลงของน้ำตาลที่เป็นเชื้อเพลิงและ / หรือสารเคมีโดยกระบวนการหมัก [ 3 , 4 ] ศักยภาพของชีวมวล lignocellulosic เพื่อใช้เป็นวัตถุดิบทดแทนยังไม่ได้ตระหนัก , หลักเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางประวัติศาสตร์ปิโตรเลียมที่ใช้วัตถุดิบในช่วงปี ค.ศ. 1920 และความยากง่ายในการแตกตัวของลิกโนเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบของน้ำตาลเกิด [ 5 ]การใช้ของเหลวไอออนิก ( ILS ) เป็นตัวทำละลาย ชีวมวลเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับการ lignocellulosic ชีวมวล [ 6 ] จะได้รับการแสดงให้เห็นว่าการใช้ ILS imidazolium ประกอบด้วยไอออนเช่นคลอไรด์ [ 7 ] , [ 8 ] [ 9 ] อัลคิลฟอสเฟตและอย่างมากสามารถเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่ตามมาของชีวมวล ในปัจจุบันวิธีที่ใช้ในการเรียบร้อยเป็นตัวทำละลายและน้ำเป็น antisolvent ตกตะกอนคาร์โบไฮเดรตที่อุดมไปด้วยวัสดุที่ต้องใช้ปริมาณของน้ำสกัดสำคัญตกค้างอิลจากเซลลูโลส และชีวมวล undissolved ตกตะกอน และยังต้องการวิธีที่มีประสิทธิภาพในการกู้คืนและไซล [ 8 , 9 ] ความต้องการเหล่านี้ก่อให้เกิดความท้าทายทางเศรษฐกิจและความยั่งยืนที่สำคัญเพื่อการใช้งานของเทคโนโลยีในการบำบัด [ 11 ]วิธีการอื่นที่ใช้ในการผลิตน้ำตาลเพื่อใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยากรดผลิตน้ำตาลและสารอื่น ๆในแหล่งกำเนิดผ่านการย่อยสลายของ polysaccharides ที่ละลายใน imidazolium คลอไรด์ [ 12 , 13 , 14 , 15 ) Li et al . รายงานย่อยชีวมวลใน ILS กับกรดแร่ที่แตกต่างกันเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและประสบความสำเร็จสูงสุด 81% ปลดปล่อยทั้งหมดลดน้ำตาลเริ่มต้นที่มีอยู่ในชีวมวลกับ 1-n-butyl-3-methylimidazolium คลอไรด์ ( [ c4mim ] Cl ) และกรดไฮโดรคลอริก [ 12 ] การใช้กรด nsted br ขึ้นอัตโนมัติ ซึ่งทำหน้าที่เป็นทั้งตัวทำละลายและตัวละลายย่อยสลายเซลลูโลส , และยังได้รับรายงาน [ 16 ] นี้อาจให้วิธีการปลดปล่อยหมักน้ำตาลจากชีวมวลโดยอาศัยเอนไซม์ 11 เส้น [ 17 ] การแยกของน้ำตาลจากน้ำ ลและการกู้คืนของ อิล หลังจากกรดเป็นสิ่งที่ท้าทายและต้องให้ความสนใจเพื่อให้กระบวนการนี้ศักยภาพทางเศรษฐกิจ .โรเจอร์ et al . รายงานว่าน้ำในบางรูปแบบ biphasic ได้ระบบน้ำ ( ABS ) ในการแสดงตนของความเข้มข้นเกลือ kosmotropic [ 18 ] ต่อมาความคืบหน้าสำคัญได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของวิธีการนี้เพื่อการแยกสารชีวโมเลกุล เล็ก อินทรีย์โมเลกุล อัลลิซิน และไอโซโทปรังสี [ 19 , 20 , 21 , 22 , 23 ) มันได้รับรายงานว่ามี ABS สามารถเกิดขึ้นด้วยการเพิ่มปริมาณที่เหมาะสมของ k3po4 k2hpo4 K2CO3 , , , เกาะ , NaOH หรือ na2hpo4 เป็นสารละลายที่มี c4mim CL [ 19 ] [ 24 ] เมื่อเพิ่มบางน้ำ อิล โซลูชั่น kosmotropic ไอออนคงที่ของน้ำส่งผลให้พลังงานมากกว่าการใช้ในการพัฒนารอบ [ อินทรีย์ขนาดใหญ่ c4mim ] + ไอออนบวก ที่ระดับความเข้มข้นของเกลือบาง kosmotropic เป็นเฟสน้ำที่มี chaotropic อิลสามารถแยกเฟสกับเฟสเกลือ [ 23 ] เราอธิบายกระบวนการที่ใช้ในการแยกเฟสของพฤติกรรมใน imidazolium / โซลูชั่นด่างน้ำควบคู่กับการเร่งปฏิกิริยาย่อยสลายกรดสกัดน้ำตาลอิสระจากชีวมวลจากสารละลาย อิล โซลูชั่น วิธีนี้มีศักยภาพในการลดต้นทุนของการผลิตน้ำตาลจากลิกโนเซลลูโลส โดยขจัดความต้องการสำหรับเอนไซม์ลดการบริโภคและความต้องการน้ำของวิธีการในการบำบัดแบบดั้งเดิมมากขึ้น