Lignocellulosic biomass conversion to biofuels such as ethanol and other value-added bio-products including activated carbons has attracted much attention. The development of an efficient, cost-effective, and eco-friendly pretreatment process is a major challenge in lignocellulosic biomass to biofuel conversion. Although several modern pretreatment technologies have been introduced, few promising technologies have been reported. Microwave irradiation or microwave-assisted methods (physical and chemical) for pretreatment (disintegration) of biomass have been gaining popularity over the last few years owing to their high heating efficiency, lower energy requirements, and easy operation. Acid and alkali pretreatments assisted by microwave heating meanwhile have been widely used for different types of lignocellulosic biomass conversion. Additional advantages of microwave-based pretreatments include faster treatment time, selective processing, instantaneous control, and acceleration of the reaction rate. The present review provides insights into the current research and advantages of using microwave-assisted pretreatment technologies for the conversion of lignocellulosic biomass to fermentable sugars in the process of cellulosic ethanol production.
Waste paper stands for the major biodegradable organic fraction of most of municipal solid waste. The potential of waste paper for glucose production was investigated in this current work. The pretreatment was accomplished by first subjecting waste paper to disintegration time (30 s), followed by ink removal of disintegrated waste paper using an deinking agent. Concentrated acid hydrolysis of waste paper with sulfuric acid was optimized to maximize glucose conversion. The concentrated acid hydrolysis conditions for waste paper (disintegrated time: 30 s, deinking agent loading : 15 ml) were optimized by using central composite design and response surface methodology. The optimization process employed a central composite design, where the investigated variables were acid concentration (60~80%), loading sulfuric acid (1~5 ml) and reaction time (1~5 h). All the tested variables were identified to have significant effects (p < 0.05) on glucose conversion. The optimum concentrated acid hydrolysis conditions were acid concentration of 70.8%, loading sulfuric acid of 3.2 ml and a reaction time of 3.6 h. This research of concentrated acid hydrolysis was a promising method to improve glucose conversion for waste paper.
Jang, Na Hyung;Shim, Hyun Min;Hua, Xu Li;Kim, Hyung Teak
Applied Chemistry for Engineering
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v.19
no.5
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pp.526-532
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2008
The proposed $CO_2$ storage technology in the present study is a one-step sequestration process that stabilizes $CO_2$ in a reactor with Serpentine. The advantage of this technology is associated with its high stability of final product so that the entire system is recognized as permanent environment-friendly $CO_2$ removal method. Since the sequestration reaction mechanisms are generally understood that carbonation reaction proceeds with very slow rate, so that pretreatment method to increases reaction rate of $CO_2$ carbonation reaction should be developed. To increase the reactivity of Serpentine with $CO_2$, two different methods of pretreatment are carried out in the present investigation. One is heat-treatment, the other is chemical pretreatment. In this study, only chemical pretreatment is considered leaching method of magnesium from Serpentine using sulfuric acid at the various reaction temperatures, times, and acid concentrations. Experimental results illustrated that pretreatment by sulfuric acid increases surface area of serpentine from $11.1209m^2/g$ to $98.7903m^2/g$ and extracts magnesium compounds. Single variable experiment demonstrated the enhancements of magnesium extraction with increased reaction temperature and time. Amount of magnesium extraction is obtained by using the data of ICP-AES as maximum extraction condition of magnesium is 2 M acid solution, $75^{\circ}C$ and 1hr. After performing chemical pretreatment, carbonation yield increased from 23.24% to 46.30% of weight.
Kim, Ho-Yong;Gwak, Ki-Seob;Jang, Soo-Kyeong;Ryu, Keun-Ok;Yeo, Hwanmyeong;Choi, In-Gyu
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.43
no.5
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pp.578-590
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2015
The present study examines the influence of slurry composting and biofiltration liquid fertilizer (SCBLF) treatment on the biomass characteristics of yellow poplar, and the optimization of organosolv pretreatment for sugar production. After SCBLF treatment, total exchangeable cation contents of yellow poplar was increased from $3.1g\;kg^{-1}$ to $4.4g\;kg^{-1}$, and as a result, biomass production of yellow poplar was also enhanced by 82.3%. Organosolv pretreatment was conducted with three independent variables: 1) reaction temperature: $133.2^{\circ}C$ to $166.8^{\circ}C$; 2) acid concentration: 0.2% to 1.8%; and 3) reaction time: 1.6 min to 18.4 min. Reaction temperature was the most significant variable in water insoluble solid (WIS) recovery rate. High overall sugar yield was attained from pretreatment conditions approximately 50% of WIS recovery rate, and the highest overall glucose yield (44.0%) was achieved from pretreatment at $140^{\circ}C$ with 1.5% acid concentration for 5 min. Consequently, 21.1% of glucose and 5.8% of xylose were produced from the organosolv pretreatment of SCBLF-treated 8-year-old yellow poplar.
Journal of Korea Technical Association of The Pulp and Paper Industry
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v.42
no.2
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pp.88-94
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2010
Cattail (Typha L.) was used as a raw material for producing both bio-ethanol and pulp for papermaking at the same time. Pretreatments of cattail stems and leaves with acid ($H_2SO_4$) and alkali (NaOH) in three different addition levels were studied before soda pulping. The acid pretreatment gave reducing sugar of 15.2% of initial weight, but alkali pretreatment close to 1%. Soda pulping of the pretreated cattail gave 3% reduction in pulp yield and less bonding properties in paper; however, refining of the pulp from the pretreated cattail with alkali restored their fiber bondings up to that of the pulp from no-pretreated cattail at equivalent freeness.
Kim, Chang-Jin;Lee, Kang-Hyun;Kwon, Oh-Sung;Shimazu, Akira;Yoo, Ick-Dong
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.22
no.2
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pp.222-225
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1994
Three kinds of pretreatment methods were used for selectivel isolation of soil actinomy cetes. One hundred and six strains were isolated on Bennet's agar and 114 strains were on humic acid-vitamin agar from 5 domestic soil samples. All of these isolates were identified to the genus level based on morphological and physiological characheristics. Among three methods, dry heat was most effective to isolate many different strains including rare actinomycetes. On genus, Bennet's agar was effective for selective isolation of Nocardia but bumic acid-vitamin agar for another rare actinomycetes.
In commercial production processes of methyl methacrylate, there is a methacryl aldehyde as an intermediate or impurities. The existence of impurities is critical factor because of significant decrease of the conversion rate and selectivity of the entire chemical reaction. This study found that an acid was the main cause of the decrease in reactivity among various impurities because an acid rapidly lowers the activity of a catalyst and promotes a side reaction, the hetero Diels-Alder reaction. Therefore, the pretreatment methods with the removal of acid were comparatively evaluated by the selective hydrogenation reaction of the carbonyl group of the reactants. Based on several experimental conditions, we believe that proposed effective pretreatment improves productivity with appropriate economical process.
We studied the effect of SMP (solid matrix priming) treatment, seed pretreatment for germination enhancement, to tobacco seeds by measurement of germination rate and contents of fatty acid, energy source for tobacco germination. The results were as follows. In result of germination test, germinative ability was the highest in KF109 at nine day treatment and in KB108 at seven day treatment. The composition of fatty acid in tobacco seed confirmed by gas chromatography were palmitic acid, stearic acid, oleic acid+elaidic acid, linoleic acid+linolelaidic acid, and $\alpha-linolenic$ acid. Palmitic acid, stearic acid, oleic acid and elaidic acid, and linoleic acid and linole-laidic acid were highest in KF109 at eight or nine day treatment and in KB108 at six or seven day treatment. Especially, content of oleic acid + elaidic acid, and linoleic acid+linolelaidic acid were changed largely by treatment, so these might be used for index to examine treatment effect.
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.
Pure glycerol could be obtained from a biodiesel byproduct by separation processes including neutralization, precipitation, and distillation. The contents of distilled glycerol through the above separation processes were measured and the results were compared according to experimental conditions such as acid concentration and precipitation temperature. Neutralization processes were carried out in the concentration range of 5~37 wt% hydrochloric acid, 5~95 wt% sulfuric acid, and 5~85 wt% phosphoric acid, respectively. Precipitation temperatures in neutralization were controlled in the range of 293~333 K. Higher values of the distilled glycerol content were obtained due to the salt removal in the pretreatment case of neutralization with 10 wt% sulfuric acid and precipitation of 313 K with 85 wt% phosphoric acid, respectively. The variations of acid concentration and precipitation temperature in pretreatment steps affected to some extent glycerol recovery from the biodiesel byproduct.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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