تیمار باگاس با استفاده از حلال‏های یوتکتیک اسید اگزالیک-کولین‏ کلراید و اسید لاکتیک-کولین‏ کلراید

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

2 استاد گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

3 دانشیار گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

کربوهیدرات‏های باگاس که عمدتاً شامل سلولز و همی‏سلولزها هستند، مواد اولیه مهمی در صنایع شیمیایی می‏باشند؛ چون آنها در مقادیر عظیم از زیست‏توده قابل تهیه‏اند و این موضوع کاربردشان را در مقیاس‏های بزرگ تسهیل کرده است. استحصال و خالص‏سازی ترکیبات شیمیایی موجود در زیست‏توده‏ها کاری دشوار، پرهزینه و مستلزم استفاده از روش‏های پیچیده و مواد و حلال‏های مختلف و مضر برای محیط زیست می‏باشد. لذا پژوهشگران به‏دنبال یافتن ترکیبات و فرایندهایی ساده‏تر، کم هزینه و کم خطرتر و البته دوست‏دار محیط زیست می‏باشند. اخیرا استفاده از حلال‏های یوتکتیک عمیق به‏عنوان یکی از این روش‏ها در فرایندپذیری زیست‏توده‏ها گزارش شده است. این پژوهش به بررسی تاثیرات استفاده از حلال‏های یوتکتیک جدید اسید اگزالیک-کولین‏کلراید و اسید لاکتیک-کولین کلراید در تیمار باگاس نیشکر پرداخته است. نتایج نشان داد که این حلال‏های نوین در انحلال و استخراج کربوهیدرات‏های کوتاه زنجیر و آمورف، بالاخص همی‏سلولزها موثر بوده به‌طوری‌که بازده نهایی به‌ترتیب به حدود 50 و 59% کاهش یافته و بخش عمده این افت مربوط به همی‏سلولزها بود. نسبت سلولز موجود در هولوسلولز در تمامی تیمارها افزایش یافته و به حدود 90% رسیده است. حلال اسید لاکتیک-کولین کلراید در انحلال لیگنین موثرتر بوده به‌طوری‌که میزان لیگنین به 2/6% کاهش یافت، اما حلال اسید اگزالیک-کولین‏کلراید در حذف لیگنین عملکرد خوبی نداشت و حداقل میزان لیگنین در ماده تیمارشده در حدود 11% بود. همچنین افت گرانروی خمیرکاغذ سلولزی حاصل از تیمار اسید لاکتیک-کولین کلراید نسبت به اسید اگزالیک-کولین‏کلراید خیلی کمتر بود، به‌طوری‌که گرانروی خمیرکاغذ سلولزی حاصل از این دو تیمار به-ترتیب 1/11 و 3/4 سانتی‌پواز بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Atchison, J.E., 1987. The future of non-wood fibers in pulp and papermaking, Secondary fibers and non-wood pulping. In: Pulp and paper manufacture. Vol. 3. Hamilton, F. and Leopold, B., (Eds.). TAPPI Press, Atlanta, G.A. P. 17.

 [2] Zeinaly, F., 2009. Investigation on the effects of using kenaf kraft and soda pulps on the recycled packing paper properties. M.Sc. thesis, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran. (In Persian).

[3] Sixta, H., 2006. Handbook of pulp, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany, 1352 p.

[4] Smook, G.A., 1992. Handbook for Pulp & Paper Technologists, Tappi press, Vancouver, Canada, 419 p.

[5] Angeles, F., Cai, C., Sandoval, M., Xu, Y., Liu, J., Hernáiz, M.J. and Linhardt, R.J., 2015. Green solvents in carbohydrate chemistry: from raw materials to fine chemicals. Chemical Reviews, 115: 6811-6853.

[6] Kumar, A.K., Parikh, B.S., Shah, E., Liu, L.Z. and Cotta, M.A., 2016. Cellulosic ethanol production from green solvent-pretreated rice straw. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 7: 14-23.

[7] Li, X. and Row, K.H., 2016. Development of deep eutectic solvents applied in extraction and separation. Journal of Separation Science, 00: 1-15.

[8] Majová, V., Horanová, S., Škulcová, A., Šima, J. and Jablonský, M., 2017. Deep eutectic solvent delignification: impact of initial lignin. Bioresources, 12(4): 7301-7310.

[9] Škulcová, A., Majová, V., Šima, J., and Jablonský, M., 2017. Mechanical properties of pulp delignified by deep eutectic solvents. Bioresources, 12(4): 7479-7486.

[10] Smith, L.E., Abbott, A.P. and Ryder, K.S., 2014. Deep eutectic solvents (DESs) and their applications. Chemical Reviews, 114: 11060-11082.

[11] Vasco, C.A., Ma, R., Quintero, M., Geleynse, S., Guo, M., Ramasamy, K.K., Wolcott, M. and Zhang, X., 2016. Unique low-molecular-weight lignin with high purity extracted from wood by deep eutectic solvents (DES): a source of lignin for valorization. Royal Society of Chemistry, 16: 2-8.

[12] Yusof, R., Abdulmalek, E., Sirat, K. and Abdul Rahman, M.B., 2014. Tetrabutylammonium bromide (TBABR)-based deep eutectic solvents (DESs) and their physical properties. Molecules, 19: 8011-8026.

[13] Zhang, C.W., Xia, S.Q. and Ma, P.S., 2016. Facile pretreatment of lignocellulosic biomass using deep eutectic solvents. Bioresource Technology, 219: 1-5.

[14] Anastas, P.T. and Kirchhoff, M.M., 2002. Origins, status, and future challenges of green chemistry. ACS. Chem. Res., 35: 686-694.

[15] Petkovic, M., Seddon, K.R., Rebelo, L.P.N. and Pereira, C.S., 2011. Ionic liquids: a pathway to environmental acceptability. Chemical Society Reviews, 40(3): 1383-1403.

[16] Smith, E.L., Fullarton, C., Harris, R.C., Saleem, S., Abbott, A.P., Ryder, K.S. and Trans., K., 2010. Metal finishing with ionic liquids: scale-up and pilot plants from IONMET consortium, Transactions of the Institute of Metal Finishing. Transactions of the Institute of Metal Finishing, 88(6): 285-291.

[17] Russ, C. and König, B., 2012. Low melting mixtures in organic synthesis-an alternative to ionic liquids. Green Chemistry, 19(11): 2969-2982.

[18] Wagle, D.V., Zhao, H. and Baker, G.A., 2014. Deep eutectic solvents: sustainable media for nanoscale and functional materials. Accounts of Chemical Research, 47(8): 2299-2308.

[19] Ren, H., Chen, C., Wang, Q., Zhao, D. and Guo. S., 2016. The properties of choline chloride-based deep eutectic solvents and their performance in the dissolution of cellulose. BioResources, 11(2): 5435-5451.

[20] Abbott, A.P., Boothby, D., Capper, G., Davies, D.L. and Rasheed, R.K., 2004. Deep eutectic solvents formed between choline chloride and carboxylic acids: versatile alternatives to ionic liquids. Journal of the American Chemical Society, 126(29): 9142-9147.

[21] Vigier, K.D., Chatel, O. and Jérôme, G., 2015. Contribution of deep eutectic solvents for biomass processing: opportunities, challenges, and limitations. Chem. Cat. Chem., 7(8): 1250-1260.

[22] Browning, B.L., 1967. Methods of Wood Chemistry, 1st ed., John Wiley & Sons., New York, p. 384.

[23] Hemmasi, A. H. Samariha, A. Tabei, A. Nemati M. and Khakifirooz, A., 2011. Study of morphological and chemical composition of fibers from Iranian sugarcane bagasse. American-Eurasian Journal of Agricultural & Environmental Sciences, 11(4): 478-481.

[24] Samariha, A. and Khakifirooz, A., 2011. Application of NSSC pulping to sugarcane bagasse. BioResources, 6(3): 3313-3323.

[25] Zeinaly, F., Saraeian, A.R., Gabov, K. and Fardim, P., 2017. Determination of carbohydrates in sugarcane bagasse pulp in different TCF bleaching sequences. Cellulose Chemistry and Technology J, 50(2): 285-292.

[26] Hon, D.N.S. and Shiraishi, N., 2001. Wood and Cellulosic Chemistry. 2nd Ed., Marcel Dekker, Inc., New York, p. 914.