Published January 1, 2020 | Version v1
Publication Open

Pretreatment of cotton spinning residues for optimal enzymatic hydrolysis: A case study using green solvents

Creators

  • 1. National Laboratory of Energy and Geology
  • 2. Universidade Federal do Paraná
  • 3. Universidade Regional de Blumenau

Description

The effectiveness of imidazole and ionic liquid pretreatments for the conversion of cotton spinning residues (dirty cotton residue - DCR and cotton filter powder – CFP) into soluble sugars was investigated. DCR was pretreated with imidazole using temperatures and reaction times that were arranged in a 22 factorial design and pretreatment performance was evaluated by enzymatic hydrolysis. High glucan to glucose and xylan to xylose yields (78.0 and 94.9 mol %) were obtained from the solids produced at 140 °C and 2 h (center point), which provided delignification levels of 45.5% (w·v−1). The same pretreatment condition was applied to CFP yielding only 16.0% (w·v−1) of delignification, but 75.8 mol % of glucan and 95.7 mol % of xylan were converted as their corresponding monomeric sugars after enzymatic hydrolysis. Both pretreated materials were subjected to a central composite design to find the best enzymatic hydrolysis conditions regarding substrate total solids (TS) and enzyme loading. More than 40 g·L−1 glucose was obtained from both pretreated materials at 13.7% w·w−1 TS and 20 FPU·g−1 glucan after 96 h of hydrolysis. Ionic liquid pretreatment of the same cotton spinning residues showed moderate delignification levels, accompanied by a change in biomass crystallinity from cellulose Iβ to cellulose II. This turned to be very important to improve enzymatic hydrolysis yields. Therefore, biomass delignification and crystallinity confirmed to be key factors governing the enzymatic saccharification of cotton spinning residues.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم التحقق من فعالية المعالجة المسبقة للإيميدازول والسائل الأيوني لتحويل بقايا غزل القطن (بقايا القطن المتسخ - DCR ومسحوق فلتر القطن – CFP) إلى سكريات قابلة للذوبان. تمت معالجة دي سي آر مسبقًا باستخدام إيميدازول باستخدام درجات الحرارة وأوقات التفاعل التي تم ترتيبها في تصميم مضروب 22 وتم تقييم أداء المعالجة المسبقة عن طريق التحلل المائي الأنزيمي. تم الحصول على غلة عالية من الجلوكوز إلى الجلوكوز والزيلان إلى الزيلوز (78.0 و 94.9 مول ٪) من المواد الصلبة المنتجة عند 140 درجة مئوية و 2 ساعة (نقطة الوسط)، والتي وفرت مستويات إزالة الاشتعال بنسبة 45.5 ٪ (w·v−1). تم تطبيق نفس شرط المعالجة المسبقة على فلوريد الكربون الذي ينتج 16.0 ٪ فقط (w·v-1) من الانحلال، ولكن تم تحويل 75.8 ٪ مول من الجلوكان و 95.7 ٪ مول من الزيلان كسكريات مونومرية مقابلة بعد التحلل المائي الأنزيمي. تم إخضاع كلتا المادتين المعالجتين مسبقًا لتصميم مركب مركزي للعثور على أفضل ظروف التحلل المائي الأنزيمي فيما يتعلق بالمواد الصلبة الكلية للركيزة وتحميل الإنزيم. تم الحصول على أكثر من 40 جم من الجلوكوز من كل من المواد المعالجة مسبقًا بنسبة 13.7 ٪ من الوزن إلى الوزن و 20 وحدة من FPU إلى 1 جلوكوز بعد 96 ساعة من التحلل المائي. أظهرت المعالجة المسبقة للسائل الأيوني لنفس بقايا غزل القطن مستويات معتدلة من التحلل، مصحوبة بتغير في بلورة الكتلة الحيوية من السليلوز Iβ إلى السليلوز II. أصبح هذا مهمًا جدًا لتحسين غلة التحلل المائي الأنزيمي. لذلك، تأكد أن انحلال الكتلة الحيوية وبلورتها هما عاملان رئيسيان يحكمان التسكير الأنزيمي لبقايا غزل القطن.

Translated Description (French)

L'efficacité de l'imidazole et des prétraitements liquides ioniques pour la conversion des résidus de filature du coton (résidu de coton sale - DCR et poudre filtrante de coton – CFP) en sucres solubles a été étudiée. Le DCR a été prétraité avec de l'imidazole en utilisant des températures et des temps de réaction qui ont été organisés dans une conception factorielle 22 et les performances du pré-traitement ont été évaluées par hydrolyse enzymatique. Des rendements élevés de glucane en glucose et de xylane en xylose (78,0 et 94,9 % molaires) ont été obtenus à partir des solides produits à 140 °C et 2 h (point central), ce qui a donné des niveaux de délignification de 45,5 % (w·v−1). La même condition de prétraitement a été appliquée à la CFP ne produisant que 16,0% (w·v−1) de délignification, mais 75,8% en moles de glucane et 95,7% en moles de xylane ont été convertis en leurs sucres monomères correspondants après hydrolyse enzymatique. Les deux matériaux prétraités ont été soumis à une conception composite centrale pour trouver les meilleures conditions d'hydrolyse enzymatique en ce qui concerne les solides totaux (TS) du substrat et la charge enzymatique. Plus de 40 g·L−1 glucose a été obtenu à partir des deux matériaux prétraités à 13,7% w·w−1 TS et 20 FPU·g−1 glucane après 96 h d'hydrolyse. Le prétraitement liquide ionique des mêmes résidus de filature de coton a montré des niveaux de délignification modérés, accompagnés d'un changement de cristallinité de la biomasse de la cellulose Iβ à la cellulose II. Cela s'est avéré très important pour améliorer les rendements d'hydrolyse enzymatique. Par conséquent, la délignification de la biomasse et la cristallinité se sont avérées être des facteurs clés régissant la saccharification enzymatique des résidus de filature du coton.

Translated Description (Spanish)

Se investigó la efectividad de los pretratamientos con imidazol y líquido iónico para la conversión de residuos de hilado de algodón (residuo de algodón sucio - DCR y polvo de filtro de algodón – CFP) en azúcares solubles. La DCR se pretrató con imidazol usando temperaturas y tiempos de reacción que se organizaron en un diseño factorial de 22 y el rendimiento del pretratamiento se evaluó mediante hidrólisis enzimática. Se obtuvieron rendimientos altos de glucano a glucosa y xilano a xilosa (78,0 y 94,9% en moles) a partir de los sólidos producidos a 140 °C y 2 h (punto central), que proporcionaron niveles de deslignificación del 45,5% (p·v−1). La misma condición de pretratamiento se aplicó a CFP que produce solo 16.0% (w·v−1) de deslignificación, pero 75.8 mol % de glucano y 95.7 mol % de xilano se convirtieron como sus azúcares monoméricos correspondientes después de la hidrólisis enzimática. Ambos materiales pretratados se sometieron a un diseño compuesto central para encontrar las mejores condiciones de hidrólisis enzimática con respecto a los sólidos totales del sustrato (TS) y la carga enzimática. Se obtuvieron más de 40 g·L−1 de glucosa de ambos materiales pretratados a 13.7% p·w−1 TS y 20 FPU·g−1 glucano después de 96 h de hidrólisis. El pretratamiento con líquido iónico de los mismos residuos de hilado de algodón mostró niveles moderados de deslignificación, acompañados de un cambio en la cristalinidad de la biomasa de celulosa Iβ a celulosa II. Esto resultó ser muy importante para mejorar los rendimientos de la hidrólisis enzimática. Por lo tanto, la deslignificación y la cristalinidad de la biomasa confirmaron ser factores clave que rigen la sacarificación enzimática de los residuos de hilado del algodón.

Files

RenewableEnergy_Vol.145_490-499.pdf.pdf

Files (198.8 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:c44183170be997165689ba002f714b40
198.8 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
المعالجة المسبقة لبقايا غزل القطن للتحلل المائي الأنزيمي الأمثل: دراسة حالة باستخدام المذيبات الخضراء
Translated title (French)
Prétraitement des résidus de filature du coton pour une hydrolyse enzymatique optimale : une étude de cas utilisant des solvants verts
Translated title (Spanish)
Pretratamiento de residuos de hilado de algodón para una hidrólisis enzimática óptima: un estudio de caso con disolventes verdes

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2949166565
DOI
10.1016/j.renene.2019.06.042

Is supplement to
https://openalex.org/W52864576 (Other)
https://openalex.org/W4235933866 (Other)
https://openalex.org/W3129047542 (Other)
https://openalex.org/W2418766688 (Other)
https://openalex.org/W2404918805 (Other)
https://openalex.org/W2163030215 (Other)
https://openalex.org/W2141641790 (Other)
https://openalex.org/W2118529582 (Other)
https://openalex.org/W2079735833 (Other)
https://openalex.org/W2035625782 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W118383689
  • https://openalex.org/W1966253646
  • https://openalex.org/W1970537291
  • https://openalex.org/W1972228777
  • https://openalex.org/W1981259160
  • https://openalex.org/W1989894502
  • https://openalex.org/W1992700720
  • https://openalex.org/W2012832696
  • https://openalex.org/W2012865032
  • https://openalex.org/W2015764658
  • https://openalex.org/W2016925120
  • https://openalex.org/W2019864775
  • https://openalex.org/W2025162191
  • https://openalex.org/W2025857013
  • https://openalex.org/W2027966927
  • https://openalex.org/W2027978686
  • https://openalex.org/W2054647561
  • https://openalex.org/W2057228577
  • https://openalex.org/W2059064184
  • https://openalex.org/W2062696753
  • https://openalex.org/W2064639345
  • https://openalex.org/W2067518422
  • https://openalex.org/W2079189398
  • https://openalex.org/W2084216124
  • https://openalex.org/W2086584156
  • https://openalex.org/W2089937426
  • https://openalex.org/W2093728209
  • https://openalex.org/W2096991082
  • https://openalex.org/W2138545647
  • https://openalex.org/W2144803027
  • https://openalex.org/W2148041910
  • https://openalex.org/W2200867727
  • https://openalex.org/W2211433095
  • https://openalex.org/W2236270123
  • https://openalex.org/W2275909206
  • https://openalex.org/W2312919392
  • https://openalex.org/W2344919627
  • https://openalex.org/W2480016229
  • https://openalex.org/W2504946718
  • https://openalex.org/W2571092766
  • https://openalex.org/W2605897238
  • https://openalex.org/W2745538781
  • https://openalex.org/W2913355158