Контакт: Лин Ярис (510) 486-5375, [имейл защитен]

Терминът „йонна течност“ може да е до голяма степен непознат за широката общественост днес, но тези соли, които са течности, а не кристали при стайна температура, изглежда ще станат много по-познати в бъдеще, тъй като се очаква да играят главна роля в трансформацията на биомасата в устойчиви и неутрални към въглерода транспортни горива. Йонните течности притежават уникален капацитет за разтваряне на лигноцелулозна биомаса и спомагат за хидролиза на получената течност в захари, но малко е известно извън този факт. Изследователите от лабораторията в Бъркли са част от усилията в цялата страна да научат повече за йонните течности и биомасата. Изследванията им започват да дават някои ценни отговори.

превръщането

Химическият инженер Алексис Бел, водещ орган по катализа, води проучване за приложението на йонни за производството на биогорива.

„Нашето предизвикателство беше да разберем какви свойства се изискват от йонните течности, за да могат те ефективно да разтварят лигноцелулозата“, казва Алексис Бел, инженер-химик със съвместни назначения в лабораторията Бъркли и Университета в Калифорния (UC) Бъркли и водещ орган в катализа. Бел и неговата група изучават йонни течности под гранта на Института за енергийни биологии (EBI), партньорство, ръководено от UC Berkeley, което включва лабораторията Berkeley и Университета на Илинойс в Urbana-Champaign. EBI се финансира от BP.

В скорошно изказване на националната среща на Американското химическо общество през пролетта на 2009 г. в Солт Лейк Сити, Бел описа изследване, проведено от него и неговата група, върху това как йонните течности разтварят лигноцелулозата и след това я деполимеризират във ферментиращи захари. Докато това проучване е все още младо, изследователите вече са идентифицирали потенциалните начини за подобряване на процеса на деконструкция на лигноцелулозата.

„Ако погледнете клетъчната стена в растението под микроскоп, можете да видите, че тя се състои от три компонента - целулоза, хемицелулоза и лигнин“, каза Бел. „Целулозата се обединява в кристални фибрили, които са заобиколени от хемицелулоза и обвити в обвивка от лигнин, което прави цялата структура естествено неподатлива (устойчива на разграждане).“

Наред с други цели, Бел и неговата група се стремят да определят как съставът на йонната течност влияе върху разтворимостта на целулоза и лигнин, как температурата влияе върху разтворимостта на захарите, получени от деполимеризацията на целулозата, и как съставът, температурата и ко- добавките на разтворители могат да повлияят на вискозитета на целулозни/йонни течни разтвори.

„Вискозитетът е изключително важен, защото докато йонните течности са големи разтворители, разтвореният в тях материал тече като меласа и още по-лошо“, каза Бел.

Работейки с йонната течност 1-бутил-3-метилимидазолиев хлорид или [BMIM] [Cl], Бел и неговата група установяват, че дори при точката на кипене на водата - 100 градуса по Целзий - BMIM] [Cl] ще разтвори целулозните захари без предизвикващи някакви структурни промени на захарите. Бел и неговият екип също установяват, че температурите могат да се повишат до 120 градуса по Целзий, преди да настъпи сериозно разграждане на целулозната структура, което значително намалява стойността на разтворения продукт.

„Когато разтворите целулозата, вие я поставяте във форма, до която бъговете (като дрождите) имат достъп за целите на ферментацията“, каза Бел. „При температури над 120 градуса по Целзий, йонните течности, които изследвахме, бяха достатъчно киселинни, за да образуват тъмнокафяви неразтворими съединения, които технически се наричат ​​хумини, но това, което повечето химици биха могли да нарекат кран.“

При тестване на ефектите на йонния течен състав върху разтворимостта, Бел и неговата група променят видовете катиони и аниони в тяхната йонна течност. Те открили, че разтворимостта на целулозата зависи както от аниона, така и от катиона и че хлоридът е най-добрият анион, докато пиридинийът изглежда най-добрият катион.

При тестовете за вискозитет Бел и колегите му установяват, че разтварянето на захари в [BMIM] [Cl] значително увеличава вискозитета на йонната течност и че добавянето на съразтворители като ацетонитрил или бутиронитрил намалява вискозитета, без да утаява захарите - а Добро нещо.

„За да направим химия с тези разтворени захари, трябва да можем да ги разбъркваме, което означава, че се нуждаем от вискозитет, но не прекалено вискозитет“, каза Бел. „Трябва да намалим вискозитета, без да утаяваме целулозата. Ацетонитрил и бутиронитрил са съразтворители, които могат да свършат работа. "

След като целулозните и хемицелулозните компоненти се разтворят, те трябва да бъдат деполимеризирани до захари. За това Бел и колегите му са тествали различни катализатори, които насърчават пренареждането на захарта и отстраняването на кислород от нея чрез хидрогениране. Наред с други резултати, те откриха, че киселините катализират изомеризацията на глюкозата във фруктоза и превръщането на фруктозата във фурфурали. Те също така показаха, че комбинираните ефекти на киселина и катализатор на хидрогениране могат да доведат до широк спектър от продукти и че разпределението на тези продукти се регулира от киселинните концентрации и налягането на водорода.

Каза Бел, „Хидролизата на разтворената целулоза протича лесно в присъствието на киселинен катализатор, а хидрогенолизата на глюкозата се насърчава от въглероден метал.“