Sơ chế sinh khối bằng chất lỏng ion (Ionic liquids) -P2

Dùng muối lỏng làm dung môi cho lignocellulose Các muối lỏng ( hay còn gọi là chất lỏng ion) là nhóm dung môi tương đối mới. Chúng được phát triển vào những năm thập niên 1980 như một thay thế thân thiện môi trường cho các dung môi hữu cơ truyền thống. Một hợp chất muối lỏng gồm các anion và cation hữu cơ có sự kết hợp lỏng lẻo, có điểm nóng chảy thấp dưới 100 oC.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sơ chế sinh khối bằng chất lỏng ion (Ionic liquids) -P2Sơ chế sinh khối bằng chất lỏng ion (Ionic liquids) –P2Dùng muối lỏng làm dung môi cholignocelluloseCác muối lỏng ( hay còn gọi là chất lỏng ion) lànhóm dung môi tương đối mới. Chúng đượcphát triển vào những năm thập niên 1980 nhưmột thay thế thân thiện môi trường cho cácdung môi hữu cơ truyền thống. Một hợp chấtmuối lỏng gồm các anion và cation hữu cơ cósự kết hợp lỏng lẻo, có điểm nóng chảy thấpdưới 100 oC. Hiện có hàng trăm loại muối lỏngđược biết từ sự kết hợp rộng các anion vàcation khác nhau. Sự kết hợp anion và cationgiúp định ra các tính chất nhiệt động và hóa lýcủa muối lỏng.Các muối lỏng được đánh giá có hiệu quả trongcác lĩnh vực hydrogen hóa , ester hóa, tổng hợpvật liệu nano, xúc tác sinh học và trích ly chọnlọc các hợp chất vòng thơm. Ứng dụng thươngmại đầu tiên của các muối lỏng là môi chất loạicác acid lưỡng pha trong tổng hợp các tiền chấtkhơi mào quang học trong ứng dụng màng phủđóng rắn nhờ tia UV.Sự phát triển ứng dụng của muối lỏng vào côngnghệ sơ chế sinh khối chỉ vừa mới hình thành.Mô tả đầu tiên cho ứng dụng muối lỏng làmdung môi hòa tan cellulose trong các điều kiệntương đối ôn hòa được báo cáo vào năm 2002.Trong thí nghiệm đó, người ta sử dụng một dãycác anion và cation 1-butyl-3-methylimidazolium.Một số muối lỏng trong chúng cho thấy có khảnăng hòa tan hoàn toàn các cellulose vi kết tinh.Cellulose sau đó được thu hồi trong dung dịchbằng việc thêm vào dung môi đối kháng tại tủa.Dung môi đối kháng của dung dịch cellulose tantrong muối lỏng là nước hoặc ethanol. Sảnphẩm cellulose thu được có thể ở các dạngkhác nhau như màng, đơn lớp, đa lớp,…tùytheo kỹ thuật được dùng. Dung môi cellulosehiệu quả nhất là các muối lỏng chứa anionchloride ( chiếm 25% trọng lượng khô cellulose).Các anion [BF4]- và [PF6]- cho dung môi kémhiệu quả hơn. Giải thích sự khác biệt này, cácnhà nghiên cứu cho rằng các muối lỏng chứacác anion chloride tạo được liên kết hydro tốtgiữa anion với cellulose.Hình 3: Một số muối lỏng ( ion liquids) cho ứngdụng hòa tan sinh khốiBên cạnh việc thiết lập ra được phương phápmới xử lý cellulose, khám phá này cũng gópphần quan trọng trong lĩnh vực chuyển hóa tạonhiên liệu sinh học vì sự kết tinh của cellulosetrong vách tế bào sinh khối lignocellulose là mộttrong những nguyên nhân chính gây khó khăntrong xử lý sinh khối. Các men có thể thủy phâncác cellulose vô định hình tạo ra đường đơn dễdàng. Nhưng với các cellulose có độ kết tinhcao, quá trình này chậm hơn nhiều. Quá trìnhsơ chế sinh khối dùng muối lỏng tạo ra đượcnhiều cellulose vô định hình hơn các quá trìnhsơ chế đã được biết khác. Khi sử dụng phươngpháp dùng muối lỏng, lượng men dùng tiếp theocũng như chi phí đổ ra để đạt đến hiệu suất tạođường đơn glucose cao từ lignocellulose đượcgiảm thiểu rất nhiều.Sơ đồ chuyển hóa cellulose thành đường đơnsử dụng dung môi muối lỏng và men cellulaseđược biểu diễn trong hình dưới đây.Các báo cáo sơ chế sinh khối sử dụng muốilỏng để hòa tan sinh khối cho thấy những tiềmnăng lớn về hiệu quả khi dùng chúng. Bảng 1tóm lượt các kết quả này:Các nhà nghiên cứu ở viện liên doanh nănglượng sinh học của Bộ năng lượng Mỹ mới đâyđã cho thấy rằng muối lỏng 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate có thể hòa tan hiệuquả các loại cỏ thân cao switchgrass, một ứngviên hàng đầu về nguyên liệu chế biến nhiênliệu sinh học, và loại bỏ lignin từ polysaccharideđã được thu hồi như biểu diễn trong hình. Hiệuquả loại bỏ lignin là tốt hơn 70%. Sản phẩm thuhồi được thủy phân rất hiệu quả bằng hỗn hợpmen thủy giải thương mại. Một vài muối lỏnggốc cation imidazolium cũng có thể hòa tan hiệuquả vài loại gỗ thuộc dạng khó hòa tan nhất.Xử lý sơ bộ bằng muối lỏng tạo ra nền dưỡngchất giàu polysaccharide giúp tăng nhanh hiệusuất thủy giải thành đường đơn. Đây là hệ quảtrực tiếp của việc làm giảm độ kết tinh ởcellulose và giảm hàm lượng lignin sau sơ chếbằng muối lỏng. Kết quả toàn cục của quá trìnhlà tổng thời lượng xử lý cần thiết để chuyển sinhkhối thành đường đơn giảm đi 10 lần rõ rệt. Vớithời lượng được rút ngắn như vậy, nguy cơnhiễm cơ hội các vi sinh khác trong quá trìnhđường hóa sẽ giảm. Sơ chế bằng muối lỏng cóthể thực hiện ở các điều kiện nhiệt độ tương đốimềm , ngăn không cho hình thành các chất ứcchế sinh ra từ sự giảm cấp do nhiệt ở cellulosevà hemicellulose. Hơn nữa, lignin vàpolysaccharide còn lại trong dung dịch có thểthu hồi lại bằng phương pháp chiết tách lỏng –lỏng nhằm cải tiến thêm hiệu suất toàn phần vàcho phép tái sinh muối lỏng.Các báo cáo khác mới đây cho thấy rằngcellulose có thể được thủy giải trong dung dịchmuối lỏng với sự có mặt các xúc tác acid rắn.Cách này loại trừ nhu cầu quá trình đường hóabằng men tiếp theo nhưng việc tách đường đơnđược tạo ra trong dung dịch muối lỏng trở thànhmột thách thức kỹ thuật khác. Hơn nữa, nhiệt độcao và thời gian lưu kéo dài cần cho hoàn tất ...