Biological conversion of biomass into fuels and chemicals requires hydrolysis of the polysaccharide into monomeric sugars. In this study, dilute sulfuric acid used as a catalyst for the pretreatment of rapeseed straw. Hydrolysis can be performed enzymatically, and with dilute or concentrate mineral acids. Dilute-acid hydrolysis of rapeseed straw was optimized through the utilization of combined severity. Evaluation criteria for optimization of the pretreatment conditions were based on high xylose recovery and low inhibitor contents in the hydrolyzates. In addition, this paper reports the compositional analysis of hydrolyzate liquors and solid residues, xylose and glucose mass balance closures, and digestibility results of the acid pretreated rapeseed straw.
Pretreatment of cellulosic biomass is necessary before enzymatic saccharification and fermentation. The objective of this study was to evaluate the effect of combined aqueous ammonia-dilute sulfuric acid treatment on cellulosic biomass. Miscanthus was pretreated using aqueous ammonia and dilute sulfuric acid solution under high temperature and pressure conditions to be converted into bioethanol. Aqueous ammonia treatment was performed with 15 %(w/w) ammonia solution at $150^{\circ}C$ of reaction temperature and 20 minutes of reaction time. And then, dilute sulfuric acid treatment was performed with 1.0 %(w/w) sulfuric acid solution at $150^{\circ}C$ of reaction temperature and 10 minutes of reaction time. The compositional variations of this combined aqueous ammonia-dilute sulfuric acid treatment resulted in 68.0 % of cellulose recovery and 95.7 % of hemicellulose, 81.3 % of lignin, 89.1 % of ash removal respectively. The enzymatic digestibility of 90.5 % was recorded in the combined pretreated Miscanthus sample and it was 14.7 times higher than the untreated sample. The ethanol yield in the Simultaneous Saccharification and Fermentation was 90.4 % of maximum theoretical yield based on cellulose content of the combined pretreated sample and it was about 98 % compared to the ${\alpha}$-cellulose ethanol yield.
One of effective utilization technique of rice husk is known to carbonize it for using as the culture materials. A series of study on the production of carbonized rice husk by a cyclone combustor shows that the carbonized rice husk produced have a strong alkalinity. Therefore, carbonized rice husk produced by a cyclone combustor is required to neutralize with proper normality. This work is the third part of a series on the production of carbonized rice husk by a cyclone combustor. In this work, the development of neutralization process was carried out in the range of experimental conditions recommended in the previous study. Those include the preheat temperature of combustion chamber of T1b=1273∼1373K, equivalence ratio =1.68∼2.17, auxiliary gas flow rates Qg=5.15∼6.43$\ell$/min. The injection technique of dilute acid was employed for neutralization. At the lower position of the outside of combustor, a dilute nitric acid selected as neutralization liquid was injected to the carbonized rice husk exhausted from the combustion chamber. The normalities of dilute nitric acid were varied to 0.01, 0.03 and 0.05N, respectively. The injection flow rates of the solution were changes from 1.7∼4$\ell$/min. The required carbonized and neutralized rice husk could be obtained at the dilute nitric acid with normality of 0.3N and flow rate of dilute nitric acid of 2∼3.5$\ell$/min. However, the carbonized and neutralized rice husks of about 10∼20% were destroyed by spray with high injection pressure.
Extraction is a necessary element in the bioconversion of lignocellulosics to fuels and chemicals. Although various forms of chemical pretreatment of cellulosic materials have been proposed, their effectiveness varies depending on the treatment conditions and substrate. In this study, mixed hardwood (MH) and loblolly pine (LP) were pretreated with dilute acid in a 100 mL accelerated solvent extraction (ASE) at the predetermined optimal conditions: temperature: $170^{\circ}C$, acid concentration: 0.5% (w/v), and reaction time: 2~64 min. This method was highly effective for extracting the hemicellulose fraction. Total xmg (defined as the sum of xylose, mannose, and galactose) can be extracted from milled MH and LP through pressurized dilute acid treatment in maximum yields of 12.6 g/L and 15.3 g/L, respectively, representing 60.5% and 70.4% of the maximum possible yields, respectively. The crystallinity index increased upon pretreatment, reflecting the removal of the amorphous portion of biomass. The crystalline structure of the cellulose in the biomass, however, was not changed by the ASE extraction process.
Biological conversion of biomass into fuels and chemicals requires hydrolysis of the polysaccharide fraction into monomeric sugars. Hydrolysis can be performed enzymatically, and with dilute or concentrate mineral acids. In this study, dilute sulfuric acid used as a catalyst for the hydrolysis of rapeseed straw. The purpose of this study is to optimize the hydrolysis process in a 15ml bomb tube reactor and investigate the effects of the acid concentration, temperature and reaction time on the hemicellulose removal and consequently on the production of sugars (xylose, glucose and arabinose) as well as on the formation of by-products (furfural, 5-hydroxymethylfurfural and acetic acid). Statistical analysis was based on a model composition corresponding to a $3^3$ orthogonal factorial design and employed the response surface methodology (RSM) to optimize the hydrolysis conditions, aiming to attain maximum xylose extraction from hemicellulose of rapeseed straw. The obtained optimum conditions were: acid concentration of 0.77%, temperature of $164^{\circ}C$ with a reaction time of 18min. Under these conditions, 75.94% of the total xylose was removed and the hydrolysate contained 0.65g $L^{-1}$ Glucose, 0.36g $L^{-1}$ Arabinose, 3.59g $L^{-1}$ Xylose, 0.51g $L^{-1}$ Furfural, 1.36g $L^{-1}$ Acetic acid, and 0.08g $L^{-1}$ 5-hydroxymethylfurfural.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.19
no.3
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pp.79-89
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2011
The wasted corn stalk from Gangwon province is composed of 44.6 % glucan, 19.0 % xylan, 23.8 % lignin, 4.5 % ash and 8.1 % others. Statistical analysis, full factorial design, revealed that temperature was the most influential factor in the dilute sulfuric acid pretreatment and that the influence of temperature on xylose yield was 3.5 and 3.2 times higher than those of treatment time and acid concentration, respectively. Temperature was also the most influential factor for glucose yield in the pretreatment but it was less than 5 % throughout the pretreatment. Although minor sugar yield was observed when microwave or ultrasonication was solely introduced as a pretreatment method, the complex method incorporating microwave or ultrasonication into dilute sulfuric acid pretreatment enhanced sugar yield significantly. In particular, xylose yield was doubled when microwave and dilute sulfuric acid treatment was sequentially applied. The optimization of pretreatment and enzymatic hydrolysis as well as the investigation on the complex pretreatment in detail are left for further study.
The dilute-acid pretreatment/hydrolysis of hemicellulose in oak wood using a percolation reactor was investigated. The experimental conditions ranged 160∼180$^{\circ}C$ and 0.05∼0.2 wt.% sulfuric acid. XMG(xylan+mannan+galactan) recovery was higher when sulfuric acid was used as leaching solvent than water. Also it was important for high XMG recovery to keep leaching temperature higher after reaction. XMG recovery was decreased as the size of wood chips was increased. At an optimum condition (reaction condition= 170$^{\circ}C$, 0.1% sulfuric acid, 1ml/min, 10min, leaching condition=0.1% sulfuric acid, 2mL/min, 20 min), the product yield and the sugar concentration were about 92% and 2.7%, respectively.
Lignocellulosic biomass is the most abundant organic material on earth and also promising raw material for bioenergy production. Agricultural residues in the process of bio-oil extraction, is an abundant and low-cost lignocellulosic material. The technology for conversion of lignocellulosic biomass resources to fuels and chemicals, such as ethanol, has been under development for decades. One of the well-studied technologies that are currently being commercialized is to use a dilute acid-catalyzed pretreatment followed by enzymatic hydrolysis and fermentation to produce ethanol. In this work, the dilute-acid hydrolysis of agricultural residues was optimized through the utilization of statistical experimental design. Evaluation criteria for optimization of the pretreatment conditions were based on high xylose recovery and low inhibitor contents in the hydrolyzates. The purpose of this study was to gain a more accurate understanding of the quantities of acid required for effective hydrolysis and the reactivity trade-offs with reaction time and temperature that will enable overall process optimization.
For the development of new antinflammatory and analgesic drugs, new 5-alkylthio (or sulfonyl) methyl-5-m-methoxyphenylhydantoin-3-acetic acid derivatives(alkyl; ethyl, propyl, butyl) were prepared. The 5,5 -disubstituted hydantoins which were used as starting materials, were prepared acording to Bucherer-Berg method. The reaction of ethyl chloroacelate with these compounds gave 3-acetate and the subsequent hydrolysis with dilute sodium hydroxide resulted in hydantoin 3-acetate and the subsequent hydrolysis with dilute sodium hydroxide resulted in hydantoin 3-acetic acid derivatives. Through the same procedure of equivalent hydroxide resulted in hydantoin 3-acetic acid derivatives. Through the same procedure of equivelent hydantions or the oxidation of 5-alkylthiohydantoin ocmpounds described above, 5-alkylsulfonylme-thyl-5-m-methoxyphenylhydantoin-30acetic acid derivatives were also synthesized.
Aboagye, D.;Banadda, N.;Kambugu, R.;Seay, J.;Kiggundu, N.;Zziwa, A.;Kabenge, I.
Journal of Ecology and Environment
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v.41
no.7
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pp.191-201
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2017
Background: Limited availability of corn stover due to the competing uses (organic manure, animal feed, bio-materials, and bioenergy) presents a major concern for its future in the bio-economy. Furthermore, biomass research has exhibited different results due to the differences in the supply of enzymes and dissimilar analytical methods. The effect of the two leading pretreatment techniques (dilute acid and alkaline) on glucose yield from three corn stover fractions (cob, stalk, and leaf) sourced from a single harvest in Uganda were studied at temperatures 100, 120, 140, and $160^{\circ}C$ over reaction times of 5, 10, 30, and 60 min. Results: From this study, the highest glucose concentrations obtained from the dilute acid (DA) pretreated cobs, stalks, and leaves were 18.4 g/L (66.8% glucose yield), 16.2 g/L (64.1% glucose yield), and 11.0 g/L (49.5% glucose yield), respectively. The optimal pretreatment settings needed to obtain these yields from the DA pretreated samples were at a temperature of $160^{\circ}C$ over an incubation time of 30 min. The highest glucose concentrations obtained from the alkaline (AL) pretreated cobs, stalks, and leaves were 24.7 g/L (81.73% glucose yield), 21.3 g/L (81.23% glucose yield), and 15.0 g/L (51.92% glucose yield), respectively. To be able to achieve these yields, the optimal pretreatment settings for the cobs and stalks were $140^{\circ}C$ and for a retention time of 30 min, while the leaves require optimal conditions of $140^{\circ}C$ and for a retention time of 60 min. Conclusions: The study recommends that the leaves could be left on the field during harvesting since the recovery of glucose from the pretreated cobs and stalks is higher.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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