Preview

Катализ в промышленности

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Разработка методов получения качественных гидролизатов, основанных на интеграции каталитических процессов пероксидной делигнификации и кислотного гидролиза древесины березы

https://doi.org/10.18412/1816-0387-2017-6-543-553

Полный текст:

Аннотация

Традиционные процессы кислотно-каталитического гидролиза древесины малоэффективны из-за низкого качества образующихся глюкозных растворов, загрязненных примесями, которые ингибируют ферментацию глюкозы в этанол. Эта проблема проявляется особенно остро при гидролизе древесины березы, содержащей большое количество гемицеллюлоз. В настоящей работе предложено осуществлять получение качественных растворов глюкозы путем сернокислотного гидролиза 80 %-ной H2SO4 при 25 °С целлюлозных продуктов, образующихся при пероксидной каталитической делигнификации древесины березы. Установлено, что состав целлюлозных продуктов оказывает существенное влияние на содержание в гидролизатах глюкозы, ксилозы и примесей, ингибирующих ферментативный синтез биоэтанола: фурфурола, 5-гидроксиметилфурфурола и левулиновой кислоты. Высокие выходы глюкозы (80,4– 83,5 мас.%) достигнуты при использовании целлюлозных продуктов, полученных интеграцией процессов сернокислотного гидролиза гемицеллюлоз древесины березы и пероксидной делигнификации предгидролизованной древесины в присутствии катализаторов 2 % H2SO4 и 1 % TiO2. Концентрации ингибиторов ферментативных процессов в этих гидролизатах ниже допустимых значений. Гидролизаты с максимальным содержанием глюкозы (86,4–88,5 мас.%) и минимальной концентрацией ингибирующих примесей получены кислотным гидролизом целлюлозных продуктов, обработанных 18 %-ным раствором NaOH. Для исследования состава гидролизатов использовали методы газовой хроматографии, ВЭЖХ, хромато-масс-спектрометрии. Целлюлозные продукты изучены методами СЭМ и химическими.

Об авторах

Б. Н. Кузнецов
Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН), ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск; Сибирский федеральный университет (СФУ), Красноярск
Россия


Н. В. Чесноков
Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН), ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск; Сибирский федеральный университет (СФУ), Красноярск
Россия


О. В. Яценкова
Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН), ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск
Россия


И. Г. Судакова
Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН), ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск
Россия


А. М. Скрипников
Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН), ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск
Россия


Н. Г. Береговцова
Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН), ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск
Россия


В. И. Шарыпов
Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН), ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск
Россия


Список литературы

1. Almeida J., Modig T., Petersson A., Hähn-Hägerdal B., Liden G., Gorwa-Grauslund M. // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 2007. V. 82. P. 340—349.

2. Lin Y., Tanaka S. // Appl. Microbial. Biotechnol. 2006. V. 69. P. 627—642.

3. Taherzadeh M.J., Karimi K. // BioResources. 2007. V. 2. N 3. P. 472—499.

4. Fengel D., Wegener G. Wood: chemistry, ultrustructure, reactions. 1984. Walter de Gruter. Berlin.

5. Hu G., Heitmann J.A., Rojas O. // BioResources. 2008. V. 3. N 1. P. 270—294.

6. Кузнецов Б.Н., Кузнецова С.А., Данилов В.Г., Тарабанько В.Е. // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. Т. 13. № 4. С. 531—539. [Kuznetsov B.N., Kuznetsova S.A., Danilov V.A., Taraban’ko V.E. // Chemistry for Sustainable Development. 2005. V. 13. N 4. P. 531—539].

7. Brazdausks P., Puke M., Vedernikovs N., Kruma I. // Environmental and climate technologies. 2013. V. 11. P. 478—485.

8. Li H., Saeed A., Jahan S., Ni J., Heiningen A. // Journal of Wood Chemistry and Technology. 2010. V. 30. P. 48—60.

9. Amiri H., Karimi K. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2013. V. 52. P. 11494—11501.

10. Barana D., Salanti A., Orlandi M., Ali D.S., Zoia L. // Industrial Crops and Products. 2016. V. 86. P. 31—39.

11. Singh D.P., Trivedi R.K. // Int. J. Chem. Tech. Res. 2013. V. 5. N 2. P. 727—734.

12. Guo B., Zhang Y., Yu G., Lee W.H., Jin Y.-S., Morgenroth E. // Appl. Biochem. Biotechnol. 2013. Vol. 169. P. 1069—1087.

13. Bose S.K., Barber V.A., Ericka F.A. // Carbohydrate Polymers. 2009. V. 78. P. 396—401.

14. Borrega M., Nieminen K., Sixta H. // BioResource. 2011. V. 6. N 2. P. 1890—1903.

15. Hamelinck C.N., Hooijdonk G., Faaij A.P.C. // Biomass and Bioenergy. 2005. V. 28. P. 384—410.

16. Kuznetsov B. N., Tarabanko V.E., Kuznetsova S.A. // Kinetic and Catalysis. 2008. V. 49. P. 517—526.

17. Kuznetsov B.N., Kuznetsova S.A., Danilov V.G., Yatsenkova O.V. // React. Kinet. Mech. Cat. 2011. 104. P. 337—343.

18. Kuznetsov B.N., Sudakova I.G., Garyntseva N.V., Djakovitch L., Pinel C. // React. Kinet. Mech. Cat. 2013. V. 110. P. 271—280.

19. Yang Z., Kang H., Guo Y. et al. // Industrial Crops and Products. 2013. V. 46. P. 205—209.

20. Zhao X., Zhou Y., Liu D. // Bioresource Technology. 2012. V. 105. P. 160—168.

21. Bujang N., Rodhi M.N.M., Musa M. et al. // Procedia Engineering. 2013. V. 68. P. 372—378.

22. Яценкова О.В., Пен Р.З., Чудина А.И., Скрипников А.М., Кузнецов Б.Н. // Химическая технология. 2015. № 11. С. 686—693.

23. Shin S-J, Park J-M, Cho DH, Kim YH, Cho N-S. // J. Korean Wood Sci Technol, 2009. V. 37. P. 578—584.

24. Iranmahboob J, Nadim F, Monemi S. // Biomass Bioenergy. 2002. V. 22. N 5. P. 401—404.

25. Yoon S.-Y., Han S.-H., Shin S.-J. // Energy. 2014. V. 77. P. 19—24.

26. Яценкова О.В., Пен Р.З., Скрипников А.М., Береговцова Н.Г., Кузнецов Б.Н. // Химия в интересах устойчи-вого развития. 2016. Т. 24. С. 811—819. [Yatsenkova O.V., Pen R.Z., Skripnikov A.M., Beregovtsova N.G., Kuznetsov B.N. // Chemistry for Sustainable Development. 2016. V. 24. P. 811— 819].

27. Jeffries T. // Curr. Opin. Biotech. 2006. V. 17. N 3. P. 320—326.

28. Wijaya Y., Putra R., Wijaya V., Ha J.-M., Suh D., Kim Ch. // Bioresource technology. 2014. V. 164. P. 221—231.

29. Sluiter J.B., Ruiz R.O., Scarlata CH.J., Sluiter A.D., Templeton D.W. // J. Agric. Food Chem. 2010. V. 58. P. 9043— 9053.

30. Hallac B.B., Ragauskas A.J. // Biofuels Bioprod Bioref. 2011. V. 5. Р. 215—225.

31. Ruiz-Matute A.I., Hernandez-Hernandez O., Rodriguez-Sanchez S., Sanz M.L., Martinez-Castro I. // J. Chromatogr. B. 2011. V. 879. P. 1226—1240.

32. Wang H., Zhang C., He H., Wang L. // J. Environmental Sci. 2012. V. 24. N 3. Р. 473—478.

33. Барам Г.И. В книге: 100 лет хроматографии / Отв. ред. Руденко Б.А. 2003. М.: Наука. С. 32—45. [Baram G.I. In book: 100 years of chromatography. Moscow: Nauka. P. 32—45.

34. Харина М.В., Емельянов В.М., Аблаев А.Р., Мошкина Н.Е., Ибрагимова Н.Н., Горшкова Т.А. // Химия растительного сырья. 2014. № 1. С. 53—59.

35. Klinke H.B., Thomsen A.B., Ahring B.K. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2004. Vol. 66. P. 10—26.

36. Гарынцева Н.В., Судакова И.Г., Кузнецов Б.Н. // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2015. Т. 8. № 3. С. 422—429. [Garyntseva N.V., Sudakova I.G., KuznetsovKuznetsovB.N. // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2015. V. 8. N. 3. P. 422—429].

37. Hilgert J., Meine N., Rinaldi R., Schüth F. // Energy & Environmental Science. 2013. V. 6. P. 92—96.

38. Hu Hua-yu, Chen Yan-meng, Zhang Yan-juan // J. Chem. Pharm. Res. 2013. V. 5. N 12. P.129—134.

39. Carrasquillo-Flores R., Käldström M., Schüth F. // ACS Catalysis. 2013. V. 3. P. 993—997.

40. Яценкова О.В., Чудина А.И., Скрипников А.М., Чесноков Н.В., Кузнецов Б.Н. // Журнал СФУ. Химия. 2015. T. 8. № 2. C. 211—221. [Yatsenkova O.V., Chudina A.I., Skripnikov A.M., Chesnokov N.V., Kuznetsov B.N. // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2015. V. 8. N. 2. P. 211—221].

41. Kim J.S., Lee Y.Y., Kim T.H. // Bioresource Technology. 2016. V. 199. Р. 42—48.

42. Knill Ch.J., Kennedy J.F. // Carbohydrate Polymers. 2003. V. 51. N 3. P. 281—300.

43. Chen R., Wang Y.-Zh., Liao Q., Zhu X., Xu T.-F. // BMB Reports. 2013. V. 46. N 5. P. 244—251.

44. Mills T.Y., Sandoval N.R., Gill R.T. // Biotechnology for Biofuels. 2009. V. 2. P.26—36.

45. Huang H., Guo X., Li D., Liu M., Wu J., Ren H. // Bioresource Technology. 2011. V. 102. P. 7486—7493.

46. Zha Y., Westerhuis J.A., Muilwijk B., Overkamp K.M., Nijmeijer B.M., Coulier L., Smilde A. K., Punt P.J. // BMC Biotechnology. 2014. V. 14. P. 22—38.

47. Zha Y., Muilwijk B., Coulier L., Punt P.J. // J. Bioprocessing & Biotechniques. 2012. V. 2. N 1. P.112—122.


Для цитирования:


Кузнецов Б.Н., Чесноков Н.В., Яценкова О.В., Судакова И.Г., Скрипников А.М., Береговцова Н.Г., Шарыпов В.И. Разработка методов получения качественных гидролизатов, основанных на интеграции каталитических процессов пероксидной делигнификации и кислотного гидролиза древесины березы. Катализ в промышленности. 2017;17(6):543-553. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2017-6-543-553

For citation:


Kuznetsov B.N., Chesnokov N.V., Yatsenkova O.V., Sudakova I.G., Skripnikov A.M., Beregovtsova N.G., Sharypov V.I. Development of Methods for Synthesis of Quality Hydrolyzates Based on the Integration of Catalytic Processes of Peroxide Delignification and Acid Hydrolysis of Birchwood. Kataliz v promyshlennosti. 2017;17(6):543-553. (In Russ.) https://doi.org/10.18412/1816-0387-2017-6-543-553

Просмотров: 159


ISSN 1816-0387 (Print)
ISSN 2413-6476 (Online)