在酒精溶剂系统中对"原第一"溶解和生物质分离的效率进行评估

科学领域:

• 生物质转化和生物精炼
• 绿色化学 绿色化学
• 计算化学计算化学

背景情况:

• 在生物燃料中使用小麦 (WS) 面临着有效去除木质素的挑战.
• 传统的预处理方法往往导致红素降解和降低可发酵糖的产量.
• 优化溶剂选择对于有效的生物质分成和利用至关重要.

研究的目的:

• 为了研究由氧化 (NaOH) 或硫酸 (H2SO4) 催化的不同溶剂 (乙醇,乙烯基醇 (EG),甘) 的有效性,用于小麦的预处理.
• 用密度功能理论 (DFT) 阐明溶剂和素之间的分子相互作用.
• 将理论发现与实验结果相关联,以改善生物质转化和生物燃料生产.

主要方法:

• 使用NaOH/H2SO4与乙醇,EG和甘油进行小麦的预处理.
• 密度函数理论 (DFT) 的计算分析了溶剂-石灰相互作用和分子极性.
• 福里埃变换红外光谱 (FTIR) 和X射线衍射 (XRD) 用于实验验证.
• 同时糖化和发酵 (SSF) 以评估可发酵糖的产量和乙醇的生产.

主要成果:

• 通过NaOH-EG预处理,实现了89.97%的脱氧化和79.78%的可发酵糖产量.
• DFT分析表明,EG的双基增强了红素极性 (15.88 kcal/mol) 和静电潜力 (+66.23 kcal/mol),破坏了红素-碳水化合物复合物的稳定,同时保留了β-O-4链接.
• 实验验证证了EG的选择性素溶解能力.
• NaOH-EG预处理显示出比H2SO4-EG更高的脱氧化,降低了β-O-4裂变,从而提高了乙醇产量.

结论:

• 乙烯糖醇是小麦预处理的高效溶剂,特别是当被NaOH催化时.
• EG的增强性能归因于其分子结构,促进了选择性质素的去除,并保持了碳水化合物的完整性.
• 这项研究为生物提炼中的溶剂选择提供了合理的基础,优化生物质转化用于生物燃料生产和素价值化.