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国际化学工程杂志/2018/文章

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体积 2018 |文章的ID 1920180. | https://doi.org/10.1155/2018/1920180

Misri Gozan, Jabosar Ronggur Hamonangan Panjaitan, Dewi Tristantini, Rizal Alamsyah, Young Je Yoo 预处理棕榈油空果串生产乙酰丙酸和糠醛的分离和同步动力学参数的评价",国际化学工程杂志 卷。2018 文章的ID1920180. 12 页面 2018 https://doi.org/10.1155/2018/1920180

预处理棕榈油空果串生产乙酰丙酸和糠醛的分离和同步动力学参数的评价

学术编辑器:Doraiswami Ramkrishna
收到了 2018年04月04
修改后的 2018年6月22日
接受 2018年7月3日
发表 2018年8月01

摘要

棕榈油空果串(POEFBs)可以转化为乙酰丙酸(LA)和糠醛,这是顶级的建筑化学物质。本研究的目的是研究分离和同时进行的动力学模型参数的POEFBs的LA和糠醛生产,经水氨浸泡(SAA)。在浓度为1 M的酸性溶液中,反应温度为170℃,反应90 min, LA产率最高,为52.1 mol%。在浓度为0.5 M的酸性溶液中,反应温度为170℃,反应20 min,糠醛产率最高,为27.94 mol%。SAA预处理影响了葡萄糖降解反应的活化能,有利于半纤维素直接转化为糠醛。LA生产的活化能(E一个kHMF.)随酸催化剂浓度的增加而增加,糠醛生产的活化能(E一个kXYN)随酸浓度升高而降低。这些活化能的变化趋势在分离动力学模型和同时动力学模型中都存在。同时动力学模型计算LA和糠醛生产的动力学参数比单独动力学模型更好,因为同时动力学模型在估计动力学参数时具有较小的误差平方和(SSE)。

1.介绍

随着棕榈油消费和需求的增加,棕榈油行业继续增长。因此,棕榈油工业是生物质的一个主要潜在来源。在棕榈油的加工过程中,棕榈油空果串(POEFBs)作为一种木质纤维素生物质产生废料。木质纤维素生物质由纤维素、半纤维素、木质素和少量成分组成,如灰分、蛋白质和提取物[1].

Poefbs的最大成分是纤维素。纤维素链解离木材部件中的纤维素原纤维[2].纤维素被半纤维素和木质素所包围,半纤维素和木质素是木质纤维素生物质的其他主要组分[3.].半纤维素是支链非晶聚合物化合物,其中主要单体是木糖[4].木质素由一种复杂的无定形三维网状酚醛聚合物组成;它作为植物细胞壁的支撑结构,使这些细胞壁抵抗微生物的攻击[5].

木质纤维素生物质的预处理是必要的,以促进其纤维素和半纤维素组分的水解。预处理过程很重要,因为它影响生产成本。由于它的低沸点,氨可能被加工工业用于木质纤维素生物质的预处理,而且它可以很容易地通过通风回收到该过程中[6].此外,氨受许多研究的青睐,包括这一研究,因为它廉价并减少了副产品的形成[7].

木质纤维素水解生产糖单体或其他降解化合物通常使用酸作为催化剂。木质纤维素生物质的酸水解产生固体和液体馏分。该固体馏分富含纤维素,可用于生物乙醇生产。液体部分富含半纤维素、水解物(木糖和阿拉伯糖)和发酵抑制化合物[8].酸水解产生的两种发酵抑制剂是乙酰丙酸(LA)和糠醛。洛杉矶和糠醛是排名前12的化学品中的两种,它们的潜在用途是作为各种化学品和衍生物的基石[9].

LA是一种短链脂肪酸,具有酮羰基和酸性羧基,使其能够产生多种化学物质[10].LA生产开始于生物质纤维素组分解聚成寡糖和葡萄糖[11].接下来,六碳糖被水解成5-羟甲基糠醛(HMF),然后脱水成LA和甲酸[1213].洛杉矶在生物燃料方面有应用,它被转化成γ.-戊内酯、2-甲基四氢呋喃和乙酰丙酸酯。这两个γ.-戊内酯(GVL)和2-甲基四氢呋喃可以直接与汽油混合,作为汽车的替代燃料。乙酰丙酸酯可用于生物柴油,因为它们与脂肪酸甲酯(FAME)具有相同的性质[14].

生物顺技术是指用于从木质纤维素生物量产生La的传统技术[15].该技术包括两个阶段的过程。在第一阶段,己糖在200-230°C和环境压力(20 - 25bar)下使用硫酸催化剂(1-4%)转化为HMF,时间为几秒钟[12].第二阶段,第一阶段生产的产品在190-220℃左右的温度下,在10-15 bar压力下水解为LA,反应时间为15-30分钟[12].

由木质纤维素衍生的糠醛有两个官能团:醛和呋喃环系统。糠醛可用于各种用途,包括化学品和燃料的生产[16].糠醇是应用最广泛的糠醛衍生物之一。糠醛的生产通常开始于木质纤维素的半纤维素部分最初水解成戊糖,戊糖再脱水成糠醛[17].在这个过程中,在间歇模式下,硫酸催化剂与生物质在170-185°C的温度下反应,获得糠醛的产率约为40-50%。商业糠醛生产工艺的例子有桂格燕麦、Westpro-modified Huaxia Technology、SupraYield和Vedernikov [15].

许多参数,如温度、酸浓度和生物质特性,影响LA和糠醛反应的速率。以往的研究研究了硫酸催化剂在不同类型生物质中生成LA和糠醛的动力学反应[16- - - - - -26].Chin等[20.]进行了POEFB酸水解的动力学研究,产生木糖分解产物和LA。Dussan等[21对糠醛和LA的生产进行了动力学研究芒草x竹.这些动力学研究使用了单独的动力学模型;采用纤维素降解动力学模型评价LA动力学模型,采用半纤维素降解动力学模型评价糠醛动力学模型。然而,LA和糠醛动力学模型应该使用联合动力学模型进行评估,因为它们可以在酸水解过程中同时从生物质中产生。因此,评价酸水解过程中糠醛和乙酰丙酸同时生产的动力学模型具有重要意义。

在单独的和同时动力学模型中,没有研究从氨水中预处理的Poefbs的La和糠醛的动力学参数。因此,本研究的目的是使用从氨水中的硫酸预处理(浸湿)的硫酸水解过程来研究La和糠醛产生的单独和同时动力学参数。

2.材料和方法

2.1.生物和化学物质

从印度尼西亚Banten 5 kertajaya,棕榈油工业Ptpn 5 Kertajaya获得了Poefbs。将PoEFB的粒径还原为20目,洗涤POEFB,在温度100℃下干燥直至水分含量达到1-5%,然后储存在塑料袋中直至进一步使用。由德国默克提供的氨溶液(25%)用作预处理化学品。使用英格兰Mallinckrodt的硫酸(96.1%)用作酸催化剂。标准分析等级的葡萄糖,木糖,HMF,糠醛和洛杉矶购自美国西格玛奥尔德里奇。

2.2.氨水浸泡预处理

用13.13%的氨水溶液在室温(27°C)下浸泡14小时[27].固液比为1:6。浸泡14小时后,用水洗涤脱氨至中性,干燥至含水率为1-5%。

2.3。动力学实验

使用加压反应器(1L体积,16杆最大压力和100rpm叶轮速度)进行动力学实验。将反应物预处理活泼和0.5M和1M硫酸溶液,质量比为1:20。首先,将预处理的鸡球和水加入到反应器中。接下来,将反应器密封并加热。在反应器达到所需温度后,将硫酸催化剂注入反应物中。反应时间的开始是当硫酸催化剂释放到反应器中时。在150℃,160℃和170℃(120分钟反应)的10,20,30,45,90和120分钟后获得重复样品。

2.4.分析方法

参照国家可再生能源实验室(NREL)的方法,测定氨预处理前后POEFBs的样品组成分析[2829,并用扫描电子显微镜(SEM)观察纤维的状态。利用Aminex HPX-87H离子排阻柱(Bio-Rad, Life Science Group Hercules, CA),使用高效液相色谱(HPLC)分析动力学实验中得到的液体产物浓度,如葡萄糖、木糖、HMF、糠醛和LA。洗脱液为0.006 N的H2所以4,流速为0.6 ml/min。HPLC检测器为折射率检测器,检测器和柱温为60℃。

2.5.动力学建模

该研究采用了两个步骤来评估La和糠醛产生的动力学参数,这是与同一实验数据中的单独动力学评估和同时动力学评估。单独的动力学评估假设La和糠醛动力学反应之间没有干扰,因此在单独的动力学模型中可以进行La和糠醛的动力学参数计算。另一方面,同时动力学评价计算了一种动力学模型中的洛杉矶和糠醛动力学反应。从洛氏和灰烬等木质素和灰烬如木质素和灰烬的效果可以忽略不计,因为在动力学实验前进行了氨预处理以来的动力学参数计算。

2.6。LA与糠醛分离动力学模型

在单独的动力学评价中,使用Girisuta等人的动力学模型对LA产量进行了独立评价。[22他研究了LA生产过程中甘蔗渣的酸水解动力学。Girisuta等人的反应模型[22]是葡聚糖→葡萄糖→humin→HMF→LA + FA的连续反应。该模型可由以下动力学方程计算:

由于木糖和糠醛的HPLC分析没有显示木糖在大多数样品中存在,木糖不包括在这个糠醛动力学模型中。第一阶段糠醛动力学模型反应方案如图所示1.从图1时,可计算出下列动力学方程:

2.7。LA与糠醛的同步动力学模型

同时的动力学评价可以在一个动力学模型中计算LA和糠醛产量。反应方案如图所示2.从图2时,可计算出下列动力学方程:

2.8。LA和糠醛分离动力学模型的动力学参数估计

通过最小化实验数据之间的误差,例如葡萄糖,木糖,HMF,糠醛和La的各种温度和酸催化剂的浓度,通过动力学模型来优化反应速率常数。将浓度转化为产率,以补偿浓度的大涂抹。制定了La和糠醛模型预测的平方误差(SSE)的总和: 在哪里 为每个采样时间预测的模型产率(mol/mol)%, 是每个取样时间(mol / mol)%的实验产量,和 是葡萄糖、木糖、HMF、糠醛和LA的数据。

在摩尔基础上POEFBs的LA产率( )定义为酸水解产物中的La浓度的比例( )到POEFBs中C6初始糖浓度( ):

摩尔基础上从毛皮糠醛的产量( 定义为糠醛在酸水解产物( )初始C5糖浓度在POEFBS中( ):

通过fminsearch优化,利用MATLAB优化程序将误差平方和值最小化,得到最佳斜率下的LA和糠醛反应速率常数。用反应速率常数的值来确定指前因子的值( )和激活能量( ),使用阿伦尼乌斯方程。系统地,反应速率常数( )及温度( )由阿伦尼乌斯方程表示: 在哪里 反应速度常数是恒定的, 是preexponential因素, 为活化能(kJ/mol), 是气体常数(kj / mol·k),和 为温度(K)

可以使用酸反应序列方程预测酸浓度对La和糠醛产生的影响,在该等方程中,反应速率恒定和酸浓度之间存在相关性,可以配制: 在哪里 反应速度常数是恒定的, 为酸反应阶方程的指前因子, 是酸浓度(M),和 为酸反应级数。酸反应级数的计算是根据(8)来自动力学实验温度的平均值。

2.9。草酸与糠醛同时动力学模型的动力学参数估计

LA和糠醛同时动力学模型的动力学参数计算与分离动力学模型相同,但产率是根据质量基础得出的。

从批量基础上的La和糠醛的产量定义为酸水解产物中的La和糠醛质量浓度的比例( )的质量,为有机纤维素和半纤维素的质量( ):

3.结果与讨论

3.1。Saa预处理

预处理工艺的目的是提高纤维素和半纤维素转化为LA和糠醛的效率。不同类型生物质经SAA预处理后组成分析结果如表所示1


参考 30. 31 32 33 本研究

生物量 大麦船体 柳枝稷 肥料纤维 杨树 po
t一个 168. 8 72. 72. 14
Tb 30. 40 22 22 27
Cc(%) 30. 15 15 32 13.13

成分(%) 未经处理的 Saa. 未经处理的 Saa. 未经处理的 Saa. 未经处理的 Saa. 未经处理的 Saa.

α.- 细胞(葡聚糖) 33.6 33.6 37.0 33.2 17.1 18.7 32.7 29.1 39.3. 42.0
半纤维素(木聚糖) 30.5 30.0 15.4 17.1 12.7 10.9 16.8 12.0 29.8 32.0
木质素 19.3 13.4 25.0 22.1 24.8 22.3 34.2 34.4 22.8 21.8
NA NA NA NA NA NA NA NA 1.7 1.8

一个 t:浸泡时间(小时);b T:浸泡温度(°C);c C:氨浓度(%)。

根据表1, SAA预处理前后POEFBs的组成变化不大,木质素组成略有下降(由22.8%降至21.8%)。与SAA预处理的POEFBs相比,未处理POEFBs中纤维素和半纤维素的组成从39.3%略微增加至29.8%(分别为42%和32.0%)。如表所示1,之前的研究也报道了在不同温度、浸泡时间和氨浓度下,未经处理和SAA预处理样品的木质素组成变化不大[30.- - - - - -33].

木质素可以影响洛杉矶和糠醛生产。但是,根据Daorattanachai等。[34],木质素可促进葡萄糖与果糖的异构化反应,果糖在磷酸催化下可脱水生成HMF。众所周知,从木质纤维素中去除木质素是困难和昂贵的。因此,在本研究中,木质素并没有从生物质中去除。

在这项研究中,基于Zulkiple等人[27], SSA预处理酶解后产生的糖比原POEFBs多。氨预处理是碱预处理。碱剂使木聚糖主链上的酯键皂化,导致羧基的生成和木质素-半纤维素键的分解[6].

SAA预处理前后的SEM图像如图所示3..如图所示3(一个),在SSA预处理之前,POEFB纤维看起来很坚硬,僵硬,表面结构平坦,表面结构。在Saa预处理后,PoEFB纤维中的木质素 - 碳水化合物键突破,表面含有孔隙,表明植物的表面积增加(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键。如前所述,氨也会增加纤维素的可及性,因为它是一种膨胀剂[35].

3.2.LA和糠醛生产分离动力学参数的评价
3.2.1之上。LA生产动力学参数的评价

LA优化结果如图所示4.根据图4 (f)动力学实验中LA的产率最高为52.1 mol%;这是在反应温度170°C,反应90分钟,酸浓度1 M下得到的。Girisuta等人[22]和Dussan等人。[21研究了甘蔗渣和a芒草竹分别在150-200℃的温度下横跨硫酸催化剂(0.1-0.5μm),得到约60-70%摩尔的产率。在本研究中发现的较低产量可能是由于工作温度相当低(150-170℃),尽管与Girisuta等人使用的酸催化剂浓度高(0.5-1 m)。[22]和Dussan等人。[21].该结果表明,温度会影响LA生产。

不同酸浓度下LA生产的活化能值对比见表2.根据表2硫酸作为催化剂,降低了LA生产的活化能。


反应率常数 激活能量E一个(焦每摩尔) 酸反应顺序 (-)
0.5米 1米

kGLN 132.37 108.48 0.78
kGLC1. 212.40 119.49 2.00
kGLC2. 188.31 62.12 1.66
kHMF. 42.55 56.08 1.15

在0.5和1 M酸浓度下,葡萄糖生成活化能(132.37 kJ/mol和108.48 kJ/mol)低于HMF生成活化能(212.40 kJ/mol和119.49 kJ/mol),说明葡萄糖生成反应比HMF生成反应快。这说明温度越高,HMF的生成反应速度越快。

在0.5 M和1 M酸浓度下,HMF生成反应的活化能(212.40 kJ/mol和119.49 kJ/mol)和酸反应级数(2.00)均高于腐殖质生成的活化能(188.31 kJ/mol和62.12 kJ/mol)和酸反应级数(1.66)。这表明在更高的温度下,更多的葡萄糖分解成HMF而不是腐殖质。与其他反应相比,HMF生成反应的活化能和酸反应级数最高。这表明温度和酸浓度对该反应的影响都大于其他反应。

酸浓度的影响对腐殖质的形成也有重要的作用,这可以从HMF形成后的第二高的酸反应级值看出。较高的酸浓度触发了腐殖质的形成。在LA的生产中,胡敏蛋白的形成是不可取的,因为当使用葡萄糖作为原料时,这个反应与HMF的形成竞争。因此,温度和酸浓度成为防止腐殖质形成的重要因素。

LA生成的活化能最低,分别为42.55 kJ/mol和56.08 kJ/mol,表明HMF快速转化为LA。由于HMF的快速降解和LA的形成,动力学实验中HMF的浓度较低。

表中显示了La生产中的动力学参数(0.5米酸浓度)的比较3..这项研究的结果与Girisuta等人进行了比较[22]和Dussan等人。[21他研究了用甘蔗渣和a芒草竹在150-200°C的温度下,使用较低的硫酸催化剂(0.1-0.5 M)。


反应率常数 22 21 本研究

激活能量E一个(焦每摩尔) kGLN 144.85 188.9 132.37
kGLC1. 152.14 155.5 212.40
kGLC2. 161.41 186.2 188.31
kHMF. 101.63 121.3 42.55

酸反应顺序 (-) kGLN 1.57 1.40 0.78
kGLC1. 1.14 1.39 2.00
kGLC2. 1.08 0.90 1.66
kHMF. 1.32 1.95 1.15

本研究中葡萄糖形成的活化能(132.37 kJ/mol)与Girisuta等的研究相差不大[22]和Dussan等人。[21,分别为144.85 kJ/mol和188.9 kJ/mol。这种差异可能是由于所使用的生物质的不同特性造成的。

在本研究中,LA形成的最低活化能与其他研究相同。Girisuta等人[22]和Dussan等人。[21的活化能较低,分别约为101.63 kJ/mol和121.3 kJ/mol。在本研究中,LA形成的活化能转换要小得多(42.55 kJ/mol),说明在较低的活化能下LA容易形成。

在本研究中,SAA预处理是导致HMF形成活化能(212.40 kJ/mol)高于humin形成活化能(188.31 kJ/mol)的最可能原因。相反,Girisuta等人[22]和Dussan等人。[21]报道了HMF形成的活化能低于humin形成的活化能。氨预处理可能提高了葡萄糖的可及性,从而增加了HMF的产量而不是humins。结果表明,在较高的温度下,反应途径更倾向于形成HMF而不是humins。本研究中的腐殖质可能是纤维素转化的产物,而不是HMF。

酸浓度对LA的形成有更大的影响,这与早期研究的数据一致。Girisuta等人[22]和Dussan等人。[21]报道的酸反应级数分别约为1.32和1.95,与本研究的酸反应级数(1.15)相对相似。因此,较高的酸浓度会促进LA的形成。

3.2.2。糠醛生产动力学参数的评价

Furfural优化结果显示在图中5.如图所示5 (e),在温度为170℃,反应时间为20 min,酸浓度为0.5 M的条件下,得到的糠醛产率最大,为27.94 mol%。本研究中糠醛的产率较低。这可能是由于高温(170°C),导致降解产物(甲酸和焦油)的形成,此前Danon等人报道[36].此外,木质素的存在可能影响糠醛产生。Lamminpaa等。[37结果表明,木质素能提高反应物溶液的pH,导致木糖转化为糠醛的效率较低。

在本研究中,在0.5 m酸浓度的60分钟反应时间后,仅在150℃的温度下仅在150℃的温度下检测木糖。与Dussan等人的研究结果相比,在较高的温度下,在较高的温度下,较高的酸浓度和更长的反应时间内无检测到木糖。[21]和下巴。[20.].两项研究分别在200℃和180℃的较高反应温度下检测木糖。Dussan等人的动力学模型[21],其中加入了木糖,与实验数据不符。因此,木糖不包括在糠醛动力学模型中。

SAA预处理解释了本研究中木糖产量与Dussan等人在动力学实验中观察到的产量之间的差异[21]和下巴。[20.].半纤维素是一种无定形聚合物,比纤维素更容易降解。在氨预处理的存在下,半纤维素的可及性增加,意味着它有可能转化为多种产品。因此,在酸水解过程中,位于半纤维素无定形纤维中的木糖将直接转化为糠醛。

在本研究中,根据Table4在0.5 M酸浓度下,糠醛生成活化能(76.76 kJ/mol)高于糠醛分解活化能(9.89 kJ/mol)。这意味着,在更高的温度下,反应可以产生更多的糠醛。本研究中,在温度为170℃、酸浓度为0.5 M的条件下,得到的糠醛产率最大,为27.94 mol%。


反应率常数 激活能量E一个(焦每摩尔) 酸反应顺序 (-)
0.5米 1米

kXYN 76.76 59.22 1.02
k皮毛 9.89 77.08 1.64

相反,较高的酸浓度(1米)使糠醛形成的活化能量(59.22kJ / mol)低于糠醛分解的活化能量(77.08kJ / mol)。这意味着,在更高的温度下,反应可以降解糠醛,如本研究中1M酸浓度在1M酸浓度的170℃的温度下较低的事实所示。

3.3.LA与糠醛生产同步动力学参数的评价

图中的同时动力学参数评估的结果呈现在图中6,不同酸浓度下LA和糠醛分离动力学参数和同时动力学参数的比较见表5据表明,由于硫酸催化剂,La生产的活化能量降低。除了单独和同时的LA生产中,La激活能量趋势是相同的,除了E一个kGLN


反应率常数 活化能(E一个)(kj / mol) 酸反应顺序 (-)
分开 同时
0.5米 1米 0.5米 1米 分开 同时

kGLN 132.37 108.48 25.95 61.18 0.78 4.75
kGLC1. 212.40 119.49 99.27 60.36 2.00 3.51
kGLC2. 188.31 62.12 18.38 4.25 1.66 1.37
kHMF. 42.55 56.08 33.27 83.97 1.15 2.18

kXYN 76.76 59.22 171.74 88.81 1.02 2.37
k皮毛 9.89 77.08 98.21 175.14 1.64 1.35

如表所示5,则为葡萄糖形成的活化能(E一个kGLN)在同时动力学模型中随酸浓度的增加而增加。葡萄糖形成的较高活化能(E一个kGLN)表明,当同时计算LA和糠醛动力学参数时,预处理后的poefb发生了复杂的水解反应。葡萄糖是经预处理的POEFB纤维素组分的主要单体,在预处理的POEFB纤维素组分中含量最高(42%);因此,葡萄糖是前处理POEFBs中最大的单体组成。纤维素裂解为葡萄糖的过程是生物质水解过程中的一个复杂反应。相比之下,LA是生物质酸水解过程中一系列反应步骤的产物。LA形成是由木质纤维素生物质中的C6糖(葡萄糖和果糖)产生的复杂反应[12].因此,葡萄糖形成的活化能(E一个kGLN)取决于反应条件和化合物之间的相互作用,影响其降解为其他产物(HMF和humins)。

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,0.5酸浓度下,反应可以产生更多的糠醛,而1 M酸浓度下,糠醛会被降解。因此,由于半纤维素是由在生物质水解过程中容易降解的无定形纤维组成,因此对生物质水解作用的影响非常低。

LA和糠醛生产同时动力学模型的酸反应级数比单独动力学模型的酸反应级数高。这表明酸在预处理后的POEFBs水解反应和la -糠醛生产中具有重要的催化作用。

根据表5同时动力学模型计算的LA和糠醛酸生产活化能与单独动力学模型计算的活化能趋势相同。在单独和同时进行的动力学模型中,LA生产的活化能(E一个kHMF.)随酸催化剂浓度的增加而增加,糠醛生产活化能(E一个kXYN)随酸浓度升高而降低。

同时动力学模型比单独动力学模型更适合于评价糠醛生产和LA生产的动力学参数。将LA和糠醛分离的动力学模型中的葡聚糖和木聚糖合并为一个动力学模型(图)2),因为葡聚糖和木聚糖是POEFBs中的组分;这是本研究建立同步动力学模型的主要原因。同时动力学模型优化结果的误差平方和(SSE)为14.32,低于分离动力学模型(LA为88.23,糠醛为44.04)。因此,同时动力学模型优于单独动力学模型。

4.结论

本研究评估了分离和同步动力学模型的LA和糠醛生产的POEFBs与氨预处理。动力学实验采用加压反应器,温度150-170℃,硫酸催化剂浓度为0.5 M和1 M。在动力学实验中,LA产率最大为52.1 mol%,反应温度为170℃,反应时间为90 min,酸浓度为1 M。在酸浓度为0.5 M、温度为170℃、反应时间为20 min的条件下,糠醛产率最高,为27.94 mol%。SAA预处理影响了葡萄糖降解反应的活化能,有利于半纤维素直接转化为糠醛。通过对动力学参数的评价,证明了同步动力学模型与LA和糠醛生产的分离动力学模型具有相同的趋势:LA生产的活化能(E一个kHMF.)随酸催化剂浓度的增加而增加,糠醛生产的活化能(E一个kXYN)随酸浓度升高而降低。更高的反应温度和酸浓度将增加LA生产。然而,由于糠醛分解,较高的酸浓度可以减少糠醛产生。基于在动力学参数估计中的实验数据和模型之间的优化结果的较低和优化结果,同时动力学模型更好地计算La和糠醛产生的动力学,而不是单独的动力学模型。

命名法

答: Preexponential因子(年代−1
C5 C5糖浓度(mol/L)
C6 C6糖浓度(mol/L)
C糠醛 糠醛浓度(mol / l)
C葡聚糖 葡聚糖浓度(mol / l)
C葡萄糖 葡萄糖浓度(mol / l)
CHMF. 5-Hydroxylmethylfurfural浓度(摩尔/升)
C嗡嗡声 哼唱浓度(mol / l)
C 乙酰丙酸浓度(mol/L)
CRES 树脂化产物浓度(mol/L)
C木聚糖 木聚糖浓度(摩尔/升)
E一个 活化能(焦每摩尔)
F A: 甲酸
名声: 脂肪酸甲酯
GVL: γ.-Valerolactone
H2所以4 硫酸
HCl: 盐酸
羟甲基糠醛: 5-Hydroxylmethylfurfural
HPLC: 高效液相色谱法
k 反应速率常数(s−1
k皮毛 糠醛反应速率常数(s−1
kGLC1. 葡萄糖反应速率常数1 (s−1
kGLC2. 葡萄糖反应速率常数2 (s−1
kGLN 葡聚糖反应速率常数(s−1
kHMF. 5-羟甲基糠醛反应速率常数(s−1
kxln. 木聚糖反应速率常数(s−1
拉: 乙酰丙酸
n 酸反应顺序
NREL: 国家可再生能源实验室
POEFBs: 棕榈油空水果串
R 气体常数(焦每摩尔·°C)
Saa: 氨水浸泡
扫描电镜: 扫描电子显微镜
SSE: 平方误差的总和
T 温度(°C)
YF 糠醛产量(摩尔%)
Y 乙酰丙酸产率(mol%)
Yn、实验 对每个取样时间(mol / mol)%的实验产率
Yn预测, 每个采样时间(mol / mol)%预测的模型产量。

数据可用性

作者证实,论文中发现的所有数据都是完全可用的,不受限制。用于支持本研究结果的计算和数据包括在论文和补充信息文件中。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

作者感谢印度尼西亚棕榈油产业作物基金(BPDPKS;研究资助。Peng-01 / DPKS.4/2015);印度尼西亚共和国研究、技术和高等教育部通过世界一流教授(WCP)计划(no。168. a10 / D2 / KP / 2017);并通过SHERA项目——可持续区域发展中心(CDSR)从美国国际开发署获得资助。

补充材料

在辅助材料中可以看到经过MATLAB优化后最优斜率下的LA和糠醛反应速率常数数据。补充材料

参考文献

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