Các thiết kế của nghiên cứu này hướng tới xây dựng một phương pháp xử lý dư phẩm đơn giản và tiết kiệm về mặt hóa chất cũng như năng lượng.
- Phương pháp tổng hợp chất lỏng ion protic là phương pháp tổng hợp đơn giản nhất trong các con đường điều chế IL. Không qua chất trung gian, không có chất thải ra môi trường như halogenid, đây là phương pháp tốn ít năng lượng và gần như chỉ thải ra dung môi là nước khi cất quay. Hiệu quả hòa tan cellulose của chất lỏng ion protic tổng hợp được [Pyr+][Cl-] không kém hơn so với các chất lỏng ion aprotic phổ biến như [BMIM+][Cl-] (độ tan của cellulose là 25-28% về khối lượng [92]), [C4MIM+][Cl-] (độ tan của avicel là 18% [27]), và điều chế các chất lỏng của ammonium bậc 4 đó phức tạp và tốn kém hơn nhiều.
- Phương pháp xử lý dư phẩm bằng chất lỏng ion: Chất lỏng ion có ưu điểm về khả năng thu hồi và tái sử dụng so với các dung môi khác. Nhiều nghiên cứu trong việc sử dụng chất lỏng ion để xử lý sinh khối lignocellulose chứng minh cho điều đó, ví
53
dụ như IL cholinium argininat đã được tái sử dụng 8 chu kỳ với khả năng thu hồi lên đến 75% trong khi vẫn giữ được hiệu quả hoạt động trong quá trình tái sử dụng [4]. Kỹ thuật mới ionoSolv sử dụng chất lỏng ion triethyl hydrosulfat để tiền xử lý dư phẩm với mục đíchphân đoạn cỏ Miscanthus thành bột giấy giàu cellulose, lignin và sản phẩm chưng cất ở quy mô công nghiệp có độ thu hồi IL tới 99% trong 4 chu kỳ [5].
Từ những gì nghiên cứu được, có thể nói sử dụng IL vẫn đang là con đường hướng tới sử dụng năng lượng bền vững.
54
KẾT LUẬN
- Đã tổng hợp được 5 chất lỏng ion, cụ thể là:
+ Diethanolammonium hydrosulfat với hiệu suất 99,0% + Diethanolammonium hydroclorid với hiệu suất 99,2% + Diethanolammonium acetat với hiệu suất 99%
+ Pyridin hydroclorid với hiệu suất 99,4% + Pyridin acetat với hiệu suất 98,5%
+ Đã tiến hành phân tích phổ IR, MS, NMR (1H-NMR và 13C-NMR) từ đó khẳng định được cấu trúc của các chất lỏng ion tổng hợp được.
- Đã khảo sát được khả năng hòa tan cellulose và khả năng tách cellulose từ dư phẩm của các chất lỏng ion:
+ Đã khảo sát được độ tan của cellulose trong các chất lỏng ion tổng hợp được ở khoảng nhiệt độ 70 – 120oC, kết quả cho thấy pyridin hydroclorid có khả năng hòa tan cellulose tốt nhất trong khi các chất lỏng chứa acetat không hòa tan được cellulose.
+ Đã khảo sát được khả năng hòa tan dư phẩm và tách cellulose của các chất lỏng ion, cho thấy khả năng xử lý dư phẩm khá tốt của pyridin hydroclorid và diethanolammonium hydrosulfat.
+ Đã sơ bộ kiểm tra được độ tinh khiết của cellulose chiết tách được và chứng minh khả năng loại bỏ lignin khỏi sản phẩm bằng phương pháp phân tích phổ IR.
KIẾN NGHỊ
- Tiếp tục tổng hợp các chất lỏng ion khác và nghiên cứu xử lý dư phẩm với chất lỏng ion sử dụng vi sóng để tăng hiệu suất và giảm thời gian phản ứng.
- Nghiên cứu thêm về khả năng xử lý của chất lỏng ion pyridin hydroclorid với các dư phẩm khác.
- Nghiên cứu phân tách lignin và các thành phần có giá trị khác trong sinh khối lignocellulose từ phần dung dịch thu hồi được sau khi chiết tách cellulose, đồng thời thực hiện tái chế chất lỏng ion.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Nguyễn Bảo Lộc. (2018), Nghiên cứu điều chế cellulose vi tinh thể từ nguồn dư phẩm sau thu hoạch của cây ngô bằng phương pháp sử dụng chất lỏng ion (IL), Luận văn tốt nghiệp Dược sĩ, Trường Đại học Dược Hà Nội.
2. Phan Thị Phẩm, Lê Thị Thu Hương, Đoàn Thị Tuyết Lê, Lê Phú Đông, (2017), "Sự chuyển đổi sinh khối Lignocellulose: Từ phế thải đến nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất Ethanol sinh học thế hệ thứ hai tại Việt Nam", Tạp chí Khoa học Lạc Hồng, số đặc biệt (11/2017), pp.159-164.
Tiếng Anh
3. Agnieszka B. T., Florence J. V. G., Paul S. F., Tijs M. L., Bennett T., James W., Jason P. H. (2017), "An economically viable ionic liquid for the fractionation of lignocellulosic biomass", Green Chemistry, 19, pp.3078–3102.
4. An Y. X., Zong M. H., Wu H., Li N. (2015), "Pretreatment of lignocellulosic biomass with renewable cholinium ionic liquids: Biomass fractionation, enzymatic digestion and ionic liquid reuse", Bioresource Technology, 192, pp.165–171.
5. Avgerinos G. C., Wang D. I. C. (1983), "Selective solvent delignification for fermentation enhancement", Biotechnology and Bioengineering, 25(1), pp.67–83. 6. Balaban M., Uçar G. (1999), "The effect of the duration of alkali treatment on the
solubility of polyoses",. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 23(6), pp.667– 671.
7. Beber, Thomas. (2002), EP001182197A1,19, pp.1–19.
8. Bodo E., Migliorati V. (2011), "Theoretical Description of Ionic Liquids", Ionic Liquids - Classes and Properties.
9. Bordes R., Marty J.-D., Lauth-de Viguerie N. (2016), "Room-Temperature Zwitterionic Ionic Liquids", French-Ukrainian Journal of Chemistry, 4(1), pp.85–94. 10.Brandt A., Gräsvik J., Hallett J. P., Tom W. (2012), "Deconstruction of (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
lignocellulosic biomass with ionic liquids", Green Chem., 15(3).
11.Chan B. K. M., Chang N. H., Ross Grimmett M. (1977), "The synthesis and thermolysis of imidazole quaternary salts", Australian Journal of Chemistry, 30(9), pp.2005–2013.
- Fundamentals and Analytical Methods.
13.Earle M. J., McCormac P. B., Seddon K. R. (2000), "The first high yield green route to a pharmaceutical in a room temperature ionic liquid", Green Chemistry, 2(6), pp.261–262.
14.Earle M. J., Seddon K. R. (2000), "Ionic liquids: Green solvents for the future. ACS Symposium Series", 72(7), pp.1391–1398.
15.Endres F., Zein El Abedin S. (2006), "Air and water stable ionic liquids in physical chemistry", Physical Chemistry Chemical Physics, 8(18), pp.2101–2116.
16.Erdmenger T., Haensch C., Hoogenboom R., Schubert U. S. (2007), "Homogeneous tritylation of cellulose in 1-butyl-3-methylimidazolium chloride", Macromolecular Bioscience, 7(4), pp.440–445.
17.Esperança J. M. S. S., Lopes J. N. C., Tariq M., Santos L. M. N. B. F., Magee J. W., Rebelo L. P. N. (2010), "Volatility of aprotic ionic liquids - A review", Journal of Chemical and Engineering Data, 55(1), pp.3–12.
18.Fannin A. A., Floreani D. A., King L. A., Landers J. S., Piersma B. J., Stech D. J., Vaughn R. L., Wilkes J. S., Williams J. L. (1984), "Properties of 1,3- dialkylimidazolium chloride-aluminum chloride ionic liquids. 2. Phase transitions, densities, electrical conductivities, and viscosities", Journal of Physical Chemistry,
88(12), pp.2614–2621.
19.Fei Z., Geldbach T. J., Zhao D., Dyson P. J. (2006), "From dysfunction to bis- function: On the design and applications of functionalised ionic liquids", Chemistry - A European Journal, 12(8), pp.2122–2130.
20.Fernandes A. M., Rocha M. A. A., Freire M. G., Marrucho I. M., Coutinho J. A. P., Santos L. M. (2011), "Evaluation of cation-anion interaction strength in ionic liquids", Journal of Physical Chemistry B, 115(14), pp.4033–4041.
21.Fu D., Mazza G., Tamaki Y. (2010), "Lignin extraction from straw by ionic liquids and enzymatic hydrolysis of the cellulosic residues", Journal of Agricultural and Food Chemistry, 58(5), pp.2915–2922.
22.Gammons R. J. (2014), Optimising the Pre-treatment Effects of Protic Ionic Liquids on Lignocellulosic Materials.
23.Graenacher C. (1934), US Patent 1943176.
II).
25.Greer A. J., Jacquemin J., Hardacre C. (2020), "Industrial Applications of Ionic Liquids", Molecules (Basel, Switzerland), 25(21).
26.Handy S. T. (2012), "Ionic Liquids - Classes and Properties", Ionic Liquids - Classes and Properties.
27.Heinze T., Schwikal K., Barthel S. (2005), "Ionic liquids as reaction medium in cellulose functionalization", Macromolecular Bioscience, 5(6), pp.520–525.
28.Hendriks A.T.W.M., Zeeman G. (2009), "Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass", Bioresource Technology, 100(1), pp.10–18.
29.Hurley F. H., WIer T. P. (1951), "Electrodeposition of Metals from Fused Quaternary Ammonium Salts", Journal of The Electrochemical Society, 98(5), 203.
30.Isik M., Sardon H., Mecerreyes D. (2014), "Ionic liquids and cellulose: Dissolution, chemical modification and preparation of new cellulosic materials", International Journal of Molecular Sciences, 15(7), pp.11922–11940.
31.Jaitely V., Karatas A., Florence A. T. (2008), "Water-immiscible room temperature ionic liquids (RTILs) as drug reservoirs for controlled release", International Journal of Pharmaceutics, 354(1–2), pp.168–173.
32.Jenkins H. D. B. (2011), "Ionic liquids-an overview", Science Progress, 94(3), pp.265–297.
33.John M. J., Thomas S. (2008), "Biofibres and biocomposites", Carbohydrate Polymers, 71(3), pp.343–364.
34.Johnson K. E. (2007), "What ’ s an Ionic Liquid ?", Electrochemistry. 35.Kalb R., Leoben. (2011), US8075803B2.
36.Kappe C. O. (2006), "Microwave-assisted chemistry", Comprehensive Medicinal Chemistry II, 3, pp.837–860.
37.Kumar V., Malhotra S. V. (2008), "Synthesis of nucleoside-based antiviral drugs in ionic liquids", Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters, 18(20), pp.5640–5642. 38.Kumar V., Parmar V. S., Malhotra S. V. (2007), "Enhanced solubility and selective benzoylation of nucleosides in novel ionic liquid", Tetrahedron Letters, 48(5), pp.809–812.
39.Laali K. K. (2003), "Ionic Liquids in Synthesis", Synthesis, 2003(11).
aluminium chloride-n-butylpyridinium chloride melts", Electrochimica Acta, 32(10), pp.1443–1449. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
41.Lee J. (1997), "Biological conversion of lignocellulosic biomass to ethanol", Journal of Biotechnology, 56(1), pp.1–24.
42.Li X., Zhao D., Fei Z., Wang L. (2006), "Applications of functionalized ionic liquids", Science in China, Series B: Chemistry, 49(5), pp.385–401.
43.Lynd L. R., Weimer P. J., Zyl W. H. Van, Isak S. (2002), "Microbial Cellulose Utilization: Fundamentals and Biotechnology", Microbiology and Molecular Biology Reviews, 66(3), pp.506–577.
44.Marrucho I. M., Branco L. C., Rebelo L. P. N. (2014), "Ionic liquids in pharmaceutical applications", Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering, 5, pp.527–546.
45.McMillan, James D. (1994), "Pretreatment of lignocellulosic biomass", Biomass for Biofuels.
46.Mohammad A., Inamuddin. (2012), Green Solvents II: Properties and Applications of Ionic Liquids.
47.Moon R. J., Martini A., Nairn J., Simonsen J., Youngblood J. (2011), "Cellulose nanomaterials review: Structure, properties and nanocomposites", In Chemical Society Reviews, 40 (7).
48.Morris R. E. (2009), "Ionothermal synthesis - Ionic liquids as functional solvents in the preparation of crystalline materials", Chemical Communications, 21, pp.2990– 2998.
49.Moulthrop J. S., Swatloski R. P., Moyna G., Rogers R. D. (2005), "High-resolution 13C NMR studies of cellulose and cellulose oligomers in ionic liquid solutions",
Chemical Communications, 40(12), pp.1557–1559.
50.Nag R. P. (2007), Production of Ethanol from Bagasse, 64.
51.Nguyen Q. A., Tucker M. P., Keller F. A., Eddy F. P. (2000), "Two-stage dilute-acid pretreatment of softwoods", Applied Biochemistry and Biotechnology - Part A Enzyme Engineering and Biotechnology, 84–86, pp.561–576.
52.Novoselov N. P., Sashina E. S., Petrenko V. E., Zaborsky M. (2007), "Study of dissolution of cellulose in ionic liquids by computer modeling", Fibre Chemistry,
53.O’sullvian A. C. (1997), "Cellulose: the structure slowly unravels", Cellulose, 4(3), pp.173–207.
54.Pandey K. K. (1999), "A Study of Chemical Structure of Soft and Hardwood and Wood Polymers by FTIR Spectroscopy", Journal of Applied Polymer Science,
71(12), 1969–1975.
55.Phan L., Andreatta J. R., Horvey L. K., Edie C. F., Luco A. L., Mirchandani A., Darensbourg D. J., Jessop P. G. (2008), "Switchable-polarity solvents prepared with a single liquid component", Journal of Organic Chemistry, 73(1), pp.127–132. 56.Plechkova N. V., Seddon K. R. (2008), "Applications of ionic liquids in the chemical
industry", Chemical Society Reviews, 37(1), pp.123–150.
57.Pu Y., Jiang N., Ragauskas A. J. (2007), "Ionic liquid as a green solvent for lignin",
Journal of Wood Chemistry and Technology, 27(1), pp.23–33.
58.Puitel A. C., Bordeianu A., Gavrilescu D. (2007), "On lignin reactions in TCF Kraft pulp bleaching", Cellulose Chemistry and Technology, 41(4–6), pp.219–234.
59.Saha B. C. (2003), "Hemicellulose bioconversion", Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 30(5), pp.279–291.
60.Samayam I. P., Schall. (2010), "Saccharification of ionic liquid pretreated biomass with commercial enzyme mixtures", Bioresource Technology, 101(10), pp.3561– 3566.
61.Santos E., Albo J., Irabien A. (2014), "Magnetic ionic liquids: Synthesis, properties and applications", RSC Advances, 4(75).
62.Singh S. K., Savoy A. W. (2020), "Ionic liquids synthesis and applications: An overview.", Journal of Molecular Liquids, 297.
63.Smiglak M., Pringle J. M., Lu X., Han L., Zhang S., Gao H., Mac Farlane D. R., Rogers R. D. (2014), "Ionic liquids for energy, materials, and medicine", Chemical Communications, 50(66), pp.9228–9250.
64.Stark A., Behrend P., Braun O., Müller A., Ranke J., Ondruschka B., Jastorff B. (2008), "Purity specification methods for ionic liquids", Green Chemistry, 10(11), pp.1152–1161.
65.Stephen A. M., Phillips G. O., Williams P. A. (2016), "Food Polysaccharides and Their Applications: Second Edition", Food Polysaccharides and Their Applications: Second Edition.
66.Sun N., Jiang X., Maxim M. L., Metlen A., Rogers, R. D. (2011), "Use of polyoxometalate catalysts in ionic liquids to enhance the dissolution and delignification of woody biomass", ChemSusChem, 4(1), pp.65–73.
67.Sun N., Rodríguez, H., Rahman M., Rogers R. D. (2011), "Where are ionic liquid strategies most suited in the pursuit of chemicals and energy from lignocellulosic biomass?", Chemical Communications, 47(5), pp.1405–1421. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
68.Sun Y., Cheng, J. (2002), "Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: A review", Bioresource Technology, 83(1), pp.1–11.
69.Sundermeyer W. (1967), "Chemische Reaktionen in geschmolzenen Salzen", Chemie in Unserer Zeit, 1(5), pp.150–157.
70.Swatloski R. P., Spear S. K., Holbrey J. D., Rogers R. D. (2002), "Dissolution of cellose with ionic liquids", Journal of the American Chemical Society, 124(18), pp.4974–4975.
71.Uju Goto M., Kamiya N. (2016), "Powerful peracetic acid-ionic liquid pretreatment process for the efficient chemical hydrolysis of lignocellulosic biomass", Bioresource Technology, 214, pp.487–495.
72.VanderHart D. L., Atalla R. H. (1984), "Studies of Microstructure in Native Celluloses Using Solid-State 13C NMR", Macromolecules, 17(8), pp.1465–1472. 73.Ven T. van de, Godbout L. (2013), Cellulose Fundamental Aspects.
74.Von Sivers M., Zacchi G. (1995), "A techno-economical comparison of three processes for the production of ethanol from pine", Bioresource Technology, 51(1), pp.43–52.
75.Wang F. L., Li S., Sun Y. X., Han H. Y., Zhang B. X., Hu B. Z., Gao Y. F., Hu X. M. (2017), "Ionic liquids as efficient pretreatment solvents for lignocellulosic biomass", RSC Advances, 7(76), pp.47990–47998.
76.Wang Z., Gräsvik J., Jönsson L. J., Winestrand S. (2017), "Comparison of [HSO4]-, [Cl]- and [MeCO2]- as anions in pretreatment of aspen and spruce with imidazolium- based ionic liquids", BMC Biotechnology, 17(1), pp.1–10.
77.Wasserscheid* P., Keim W. (2000), Ionic Liquids-New “Solutions” for Transition Metal Catalysis, pp.3772–3789.
78.Wei L., Li K., Ma Y., Hou X. (2012), "Dissolving lignocellulosic biomass in a 1- butyl-3-methylimidazolium chloride-water mixture", Industrial Crops and Products,
37(1), pp.227–234.
79.Welton T. (2018), "Ionic liquids: a brief history", Biophysical Reviews, 10(3), pp.691–706.
80.Wilkes J. S., Zaworotko M. J. (1992), "Air and water stable 1-ethyl-3- methylimidazolium based ionic liquids", Journal of the Chemical Society, Chemical Communications, 13, pp.965–967.
81.Wustenberg T. (2015), Cellulose and Cellulose Derivatives in the Food Industry - Fundamentals and Applications.
82.Wyman C. E., Dale B. E., Elander R. T., Holtzapple M., Ladisch M. R., Lee Y. Y., Mitchinson C., Saddler J. N. (2009), "Comparative sugar recovery and fermentation data following pretreatment of poplar wood by leading technologies", Biotechnology Progress, 25(2), pp.333–339.
83.Xu J., Zhou Q., Wang X., Lu X., Zhang S. (2014), Fundamentals of Ionic Liquids. 84.Yasuda T., Watanabe M. (2013), "Protic ionic liquids: Fuel cell applications", MRS
Bulletin, 38(7), pp.560–566.
85.Yinghuai Z., Tang K., S. N. (2013), "Applications of Ionic Liquids in Lignin Chemistry". Ionic Liquids - New Aspects for the Future, 2.
86.Yoon L. W., Ang T. N., Ngoh G. C., Chua A. S. M. (2012), "Regression analysis on ionic liquid pretreatment of sugarcane bagasse and assessment of structural changes",
Biomass and Bioenergy, 36, pp.160–169.
87.Yu S., Lindeman S., Tran C. D. (2008), "Chiral ionic liquids: Synthesis, properties, and enantiomeric recognition", Journal of Organic Chemistry, 73(7), pp.2576–2591. 88.Zazybin A. G., Rafikova K., Yu V., Zolotareva D., Dembitsky V. M., Sasaki T.
(2017), "Metal-containing ionic liquids: current paradigm and applications", Russian Chemical Reviews, 86(12), pp.1254–1270.
89.Zhang Q., Zhang S., Deng Y. (2011), "Recent advances in ionic liquid catalysis",
Green Chemistry, 13(10), pp.2619–2637.
90.Zhang S., Wang J. Structures and Interactions of Ionic Liquids | Suojiang Zhang
91.Zhao D. (2006), Design , Synthesis and Applications of Functionalized Ionic Liquids.
3531.
92.Zhao H., Baker G. A., Song Z., Olubajo O., Crittle T., Peters D. (2008), "Designing enzyme-compatible ionic liquids that can dissolve carbohydrates", Green Chemistry,
10(6), pp.696–700.
93.Zhu S., Wu Y., Chen Q., Yu Z., Wang C., Jin S., Ding Y., Wu G. (2006), "Dissolution of cellulose with ionic liquids and its application: A mini-review", Green Chemistry, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
PHỤ LỤC Phụ lục 1. Phổ IR của chất IL1 Phụ lục 2. Phổ IR của chất IL2 Phụ lục 3. Phổ IR của chất IL3 Phụ lục 4. Phổ IR của chất IL4 Phụ lục 5. Phổ IR của chất IL5 Phụ lục 6. Phổ MS của chất IL1 Phụ lục 7. Phổ MS của chất IL2 Phụ lục 8. Phổ MS của chất IL3 Phụ lục 9. Phổ MS của chất IL4 Phụ lục 10. Phổ MS của chất IL5 Phụ lục 11. Phổ 1H-NMR của chất IL1 Phụ lục 12. Phổ 1H-NMR của chất IL2 Phụ lục 13. Phổ 1H-NMR của chất IL3 Phụ lục 14. Phổ 1H-NMR của chất IL4 Phụ lục 15. Phổ 1H-NMR của chất IL5 Phụ lục 16. Phổ 13C-NMR của chất IL1 Phụ lục 17. Phổ 13C-NMR của chất IL2 Phụ lục 18. Phổ 13C-NMR của chất IL3