棕榈油行业的POEFBs得到PTPN 5 Kertajaya万丹,印度尼西亚。POEFBs的粒度降低到20网,和POEFBs水洗,干燥温度为100°C到含水率达到1 - 5%,然后存储在一个塑料袋里,直到进一步的使用。氨溶液(25%),这是由默克公司,德国,是用作预处理化学。从Mallinckrodt硫酸(96.1%),是英国用作酸催化剂。标准分析等级的葡萄糖、木糖、羟甲基糠醛、糠醛、和拉从Sigma-Aldrich购买,美国。

POEFBs与氨水溶液浸泡(13.13%)14个小时在室温下(27°C) ( 27]。solid-to-liquid比例是1:6。浸泡了14小时后,POEFBs是用水洗预处理除去氨直到中立和干水分含量达到1 - 5%。

动力学实验研究使用加压反应器(种16小节马克斯1 L体积,压力,100 rpm叶轮速度)。反应物POEFBs预处理和0.5米和1米硫酸溶液的质量比1:20。首先,POEFBs预处理和水被添加到反应堆。接下来,反应堆紧密密封和加热。反应堆达到所需的温度后,硫酸催化剂被注入反应物。反应时间的开始是硫酸催化剂时释放到反应堆。重复获得的样本后10年,20年,30,45岁,90年,在150°C和120分钟,160°C, 170°C(120分钟反应)。

前后样品的成分分析POEFBs氨预处理的方法指的是由国家可再生能源实验室(NREL) [ 28, 29日),扫描电子显微镜(SEM)执行POEFBs确定纤维的状况。液体产物浓度从动力学实验如葡萄糖、木糖、羟甲基糠醛、糠醛,并分析了拉使用高效液相色谱法(HPLC),与一个Aminex hpx - 87 h离子排斥柱(生命科学集团Bio-Rad大力神,CA)。洗脱液为0.006 N H₂所以₄,流量为0.6毫升/分钟。高效液相色谱检测器是一个示差折光检测器,检测器的温度和列是60°C。

本研究使用两个步骤计算动力学参数的LA和糠醛生产单独的动态评价和同步动态评估在相同的实验数据。分离动力学评估假设之间没有干扰和糠醛动力学反应,所以拉的动力学参数计算和糠醛将在一个单独的动力学模型。另一方面,同时动态评价计算拉和糠醛动力学反应动力学模型。其他组件的影响等POEFBs木质素和火山灰从洛杉矶和糠醛动力学模型,可以忽略不计,动力学参数计算氨预处理以来做过的动力学实验。

在不同的动态评估,LA生产独立评估使用动力学模型Girisuta et al。 22),研究了酸水解的动力学的甘蔗蔗渣生产。的反应模型Girisuta et al。 22葡聚糖是连续反应的葡萄糖和腐殖质,然后最后转变LA + FA前羟甲基糠醛。模型可以计算的动力学方程如下: (1) d C 葡聚糖 d t = − k GLN ⋅ C 葡聚糖 , d C 葡萄糖 d t = k GLN ⋅ C 葡聚糖 − k 、相关 1 ⋅ C 葡萄糖 − k 、相关 2 ⋅ C 葡萄糖 , d C 羟甲基糠醛 d t = k 、相关 2 ⋅ C 葡萄糖 − k 羟甲基糠醛 ⋅ C 羟甲基糠醛 , d C 拉 + 足总 d t = k 羟甲基糠醛 ⋅ C 羟甲基糠醛 , d C 嗡嗡声 d t = k 、相关 2 ⋅ C 葡萄糖 。

木糖、糠醛的高效液相色谱法分析并没有透露木糖的存在在大多数的样品,木糖是不包括在这糠醛动力学模型。糠醛反应动力学模型计划第一阶段如图 1。从图 1,我们可以计算动力学方程如下: (2) d C 木聚糖 d t = − k XLN ⋅ C 木聚糖 , d C 糠醛 d t = k XYN ⋅ C 木聚糖 − k 皮毛 ⋅ C 糠醛 , d C RES d t = k 皮毛 ⋅ C 糠醛 。

同时动态评估将计算拉和糠醛生产在一个动力学模型。反应计划如图 2。从图 2,我们可以计算动力学方程如下: (3) d C POEFB d t = − k GLN ⋅ C POEFB − k XLN ⋅ C POEFB , d C 葡萄糖 d t = k GLN ⋅ C POEFB − k 、相关 1 ⋅ C 葡萄糖 − k 、相关 2 ⋅ C 葡萄糖 , d C 羟甲基糠醛 d t = k 、相关 2 ⋅ C 葡萄糖 − k 羟甲基糠醛 ⋅ C 羟甲基糠醛 , d C 拉 + 足总 d t = k 羟甲基糠醛 ⋅ C 羟甲基糠醛 , d C 嗡嗡声 d t = k 、相关 2 ⋅ C 葡萄糖 , d C 糠醛 d t = k XYN ⋅ C POEFB − k 皮毛 ⋅ C 糠醛 , d C RES d t = k 皮毛 ⋅ C 糠醛 。

反应速率常数被最小化优化实验数据之间的误差,如浓度的葡萄糖、木糖、羟甲基糠醛、糠醛、拉在不同温度和浓度的酸催化剂与动力学模型。浓度转换为收益补偿大扩散浓度。的平方误差的总和(SSE)和糠醛模型预测是制定: (4) 上交所 = ∑ x ∑ n Y n , 预测 − Y n , 实验 2 , 在哪里 Y n , 预测 是每一个采样时间的产量预测模型(摩尔/摩尔)%, Y n , 实验 是每个采样时间实验收益率(摩尔/摩尔)%,然后呢 x 的数据是葡萄糖、木糖、羟甲基糠醛、糠醛和洛杉矶。

收益率的LA POEFBs摩尔的基础上( Y 拉 )被定义为LA浓度的比例加酸水解产品( C 拉 )最初的C6 POEFBs糖浓度( C 6 ): (5) Y 拉 摩尔 / 摩尔 % = C 拉 C 6 × One hundred. % 。

收益率的糠醛POEFBs摩尔的基础上( Y F )被定义为糠醛酸水解产品的比例( C 糠醛 )最初的C5 POEFBs糖浓度( C 5 ): (6) Y F 摩尔 / 摩尔 % = C 糠醛 C 5 × One hundred. % 。

最小平方误差的总和值是由fminsearch优化使用MATLAB优化程序LA和糠醛反应速率常数在最佳的斜率。反应速率常数的值被用来确定preexponential因子的值( 一个 )和活化能( E 一个 ),使用阿仑尼乌斯方程。系统,反应速率常数之间的关系( k )和温度( T )由阿仑尼乌斯方程表示: (7) k = 一个 经验值 − E 一个 R T , 在哪里 k 是反应速率常数, 一个 是preexponential因素, E 一个 是活化能(焦每摩尔), R 是气体常数(焦每摩尔·K),然后呢 T 是温度(K)。

酸浓度的影响在洛杉矶和糠醛生产可以使用酸反应预测阶方程,这个方程,反应速率常数和酸浓度之间存在相关性,可以制定: (8) k = 一个 x C n , 在哪里 k 是反应速率常数, 一个 x 是preexponential因素从酸反应阶方程, C 酸的浓度(M), n 是酸的反应顺序。酸反应顺序的计算是基于计算( 8从动力学实验温度的平均值)。

动力学参数的计算同时相同的动力学模型和糠醛与独立的动力学模型,但收益率从实验数据得到了群众基础。

LA的产量和糠醛POEFBs质量的基础上被定义为洛杉矶的比率和糠醛质量浓度的酸水解产品( 米 拉 和 米 糠醛 )POEFBs纤维素和半纤维素的质量( 米 b ): (9) Y 拉 gr / gr % = 米 拉 米 b × One hundred. % , Y F gr / gr % = 米 糠醛 米 b × One hundred. % 。

预处理过程的目的是提高纤维素和半纤维素的转换和糠醛。成分分析的结果不同类型的生物量与SAA预处理如表所示 1。

根据表 1的作文POEFBs SAA预处理前后不存在很大差异,只有一个小减少木质素成分(从22.8%到21.8%)。未经处理的纤维素和半纤维素的合成POEFBs略微增加从39.3%提高到29.8%,而SAA POEFBs预处理(42%和32.0%,resp)。如表所示 1先前的研究也报道,无关紧要的改变木质素成分对SAA进行预处理和未经处理的样品在不同温度、浸泡时间和氨浓度( 30.- - - - - - 33]。

木质素可以影响和糠醛生产。然而,根据Daorattanachai et al。 34木质素,能促进葡萄糖,果糖的异构化反应,然后可以脱水使用磷酸羟甲基糠醛催化剂。众所周知,木质素去除从木质纤维素生物质是困难和昂贵的。因此,在这项研究中,木质素没有从生物质中删除。

在这项研究中,基于Zulkiple et al。 27),SSA预处理比原始POEFBs酶水解后产生更多的糖。氨预处理是一种碱预处理。在木聚糖碱剂皂化酯债券支柱,导致生产的羧基和lignin-hemicellulose债券的分类 6]。

SEM图像SAA预处理前后呈现在图 3。如图 3(一个)SSA前预处理,POEFB纤维看上去很难,僵硬,平坦,光滑的表面结构。SAA预处理后,在POEFB lignin-carbohydrate债券纤维破裂和表面包含毛孔,表明POEFBs的表面积增加了(图 3 (b))。因此,SAA预处理似乎能够打破木质素和碳水化合物之间的债券。早些时候报道,氨也将增加纤维素的可及性,因为它作为膨胀剂( 35]。

评估的结果同时的动力学参数和糠醛是呈现在图 6同时,单独的比较和洛杉矶和糠醛动力学参数在不同酸浓度表中可以看到 5,这表明LA生产的活化能降低,因为硫酸催化剂。洛杉矶活化能的趋势是相同的在单独和同时拉生产,除了 E_一个 k_GLN。

如表所示 5葡萄糖形成的活化能( E_一个 k_GLN)同时动力学模型倾向于增加酸浓度高时。葡萄糖形成活化能越高( E_一个 k_GLN)表示,有复杂的预处理水解交互反应POEFBs当LA和糠醛同时计算动力学参数。葡萄糖是主要的单体来源于POEFB预处理纤维素分数,这是最高的分数(42%)POEFBs预处理;因此,葡萄糖是最大的单体成分POEFBs预处理。从纤维素的降解过程一部分生物质水解成葡萄糖是一个复杂的反应。相比之下,洛杉矶是一系列反应步骤的产物的酸水解生物质。洛杉矶的形成是一个复杂的反应产生C6糖(葡萄糖和果糖)的木质纤维素生物质( 12]。因此,葡萄糖形成的活化能( E_一个 k_GLN)取决于反应条件和影响其降解的化合物之间的相互作用(羟甲基糠醛和腐殖质)到其他产品。

根据表 5糠醛形成的活化能(171.74焦每摩尔)高于糠醛分解的活化能(98.21焦每摩尔)0.5酸浓度,和糠醛形成的活化能(88.81焦每摩尔)低于糠醛分解的活化能(175.14焦每摩尔)1 M酸浓度。这意味着,在更高的温度下,反应可以产生更多的糠醛在0.5酸浓度,但糠醛降解在1 M酸浓度。因此,结果表明,生物质水解的交互影响对糠醛形成非常低,因为半纤维素是由非晶纤维生物质水解过程中很容易退化。

酸的反应顺序同时拉和糠醛生产的动力学模型显示更高的价值比单独的动力学模型。这表明酸作为催化剂有重要作用的水解反应POEFBs预处理和LA-furfural生产。

根据表 5,洛杉矶的活化能和糠醛酸的产量同时动力学模型计算了相同的趋势不同的动力学模型计算。在单独和同时动力学模型,拉生产的活化能( E_一个 k_{羟甲基糠醛})增加酸催化剂浓度和活化能较高的糠醛生产( E_一个 k_XYN)降低酸浓度较高。

同时动力学模型比单独的动力学模型计算动力学参数在洛杉矶和糠醛生产。葡聚糖和木聚糖在不同的动力学模型的洛杉矶和糠醛被合并成一个动力学模型(图 2)因为葡聚糖和木聚糖是POEFBs分数;这是主要的原因同时动力学模型是在这项研究中开发的。平方误差的总和(SSE)的优化结果和实验数据之间的动力学模型的参数估计是同时降低动力学模型(14.32)相比,在单独的动力学模型对糠醛LA(88.23和44.04)。因此,同时动力学模型比单独的动力学模型。