Park, Na-Hyun;Kim, Hye-Yun;Gwak, Ki-Seob;Koo, Bon-Wook;Yeo, Hwan-Myeong;Choi, In-Gyu
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.11a
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pp.505-505
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2009
The object is to optimize the best condition of organosolv pretreatment process with sulfuric acid as a catalyst. As a material, Pitch pine (Pinus rigida) was ground and sieved through 40-mesh screen, and Celluclast and $\beta$-glucosidase were used as enzymes for enzymatic hydrolysis. Pretreatment processes were carried out in the minibomb, and 20 g of materials with 200 ml of 50% ethanol solution (v/v) with 1% sulfuric acid as a catalyst. Pretreatment temperature was varied from $150^{\circ}C$ to $190^{\circ}C$, and time was varied from 0 to 20 min. Then, residual materials were used for enzymatic hydrolysis. The best conditions were selected by estimating followed enzymatic hydrolysis rate and degradable rates after pretreatment process. The highest value of enzymatic hydrolysis rate was obtained as 55 - 60% at 160 and at $180^{\circ}C$, but the value decreased under more severe conditions. As the residual rates decreased under severe conditions, it infered that the decrease of sugar contents limits enzymatic hydrolysis rates. Combined with enzymatic hydrolysis rate, degradable rates and H-factors, the temperatures at $160^{\circ}C$ for 20 min and at $180^{\circ}C$ for 0 min were concluded as the optimized conditions where have the lowest H-factor value for considering energy input.
As polysaccharides in lignocellulosic materials are encrusted with aromatic lignin molecules and have high crystallinity, these require pretreatment to improve their digestability by cellulolytic enzymes. Though a number of pretreatment methods have been proposed, the steam explosion process is evaluated as a promising method. This study was performed to investigate the effect of delignification treatment by alkali, methanol and the others on the enzymatic hydrolysis. Delignification treatment resulted in great increase rate in enzymatic hydrolysis. Concerning to the effect of delignication reagents on the enzymatic hydrolysis, methanol treatment was more effective than alkali in the case of oak wood. In pine wood, the delignification did not showed any significant enhancement of hydrolysis rate. Complete delignification by Alkali-Oxygen. Alkali treatment showed high saccharification rate of 99.5%.
Journal of Korea Technical Association of The Pulp and Paper Industry
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v.46
no.6
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pp.1-7
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2014
Dissolving part of xylan and lignin in lignocellulosic biomass by base can be used as pretreatment technique. Cork oak was pretreated with sodium hydroxide solution and the pretreatment effects were evaluated with two critical factors - NaOH concentration and pretreatment temperature. Some of xylan and lignin were removed by base pretreatment. At $90^{\circ}C$ and 13% NaOH pretreatment, 22.0% of lignin and 78.8% of xylan removed by base treatment. Enzymatic hydrolysis of cork oak which was pretreated at higher temperature or concentration was further improved. After pretreatment of cork oak with 13% NaOH at $90^{\circ}C$, the conversion rate of cellulose to fermentable sugars were reached up to 91.3%. At ethanol fermentation with enzymatic hydrolysate from different pretreatment conditions, all enzymatic saccharification liquids were well fermented by Saccharomyces cerevisiae.
Pretreatment of wastepaper using aqueous glycerol under high pressure was studied to enhance the enzymatic hydrolysis. The pretreatment was conducted over a wide range of conditions including temperatures of $150{\sim}170^{\circ}C$, sulfuric acid concentrations of 0.5~1.5%, and reaction times of 30~90 minutes. After the effect of glycerol concentration on the pretreatment performance was investigated, 70% glycerol was selected. As glycerol concentration was increased, higher digestibility was achieved due to higher lignin removal. The optimum condition was found to be around $160^{\circ}C$, 1%, and 60 minutes. At this condition, 60% and 35% of hemicellulose and lignin, respectively, were removed, while only 5% of cellulose was lost. The enzymatic digestibility was 76%, meaning that 73% of the glucan present in the initial substrate was recovered as glucose after enzymatic hydrolysis. Also, it was found that the temperature and acid concentration than the reaction time were more strongly related to the compositional removals and enzymatic digestibility.
The pretreatment of used newspaper for the enzymatic digestion preprocess was performed on a percolation reactor and a batch reactor. The test condition of percolation process was $170^{circ}C$, 60min, 1 mL/min, and 400psi, that of batch was $40^{circ}C$, 3hr. and latm Reaction solutions used in pretreatment process were aqueous ammonia, sulfuric acid, water, and hydrogen-peroxide as an oxidizing agent. As a result, the effect of pretreatment was similar to batch and percolation process, but the yield of enzymatic hydrolysis was higher in batch than percolation. This batch pretreatment enhanced enzymatic hydrolysis rate and increased glucose yield from about 15 to 20%. The inhibition factors influenced the rate of enzymatic hydrolysis was investigated, and the ink contented newspaper was the major factor.
The present work explores the potential of wet air oxidation (WAO) for pretreatment of mixed lignocellulosic biomass to enhance enzymatic convertibility. Rice husk and wheat straw mixture (1:1 mass ratio) was used as a model mixed lignocellulosic biomass. Post-WAO treatment, cellulose recovery in the solid fraction was in the range of 86% to 99%, accompanied by a significant increase in enzymatic hydrolysis of cellulose present in the solid fraction. The highest enzymatic conversion efficiency, 63% (by weight), was achieved for the mixed biomass pretreated at $195^{\circ}C$, 5 bar, 10 minutes compared to only 19% in the untreated biomass. The pretreatment under the aforesaid condition also facilitated 52% lignin removal and 67% hemicellulose solubilization. A statistical design of experiments on WAO process conditions was conducted to understand the effect of process parameters on pretreatment, and the predicted responses were found to be in close agreement with the experimental data. Enzymatic hydrolysis experiments with WAO liquid fraction as diluent showed favorable results with sugar enhancement up to $10.4gL^{-1}$.
In this study, dilute acid pretreatment of $Liriodendron$$tulipifera$ was performed for enzymatic hydrolysis. As the pretreatment temperature was increased, enzymatic hydrolysis and enzyme adsorption yield also increased. The highest enzymatic hydrolysis yield was 57% (g/g) and enzyme adsorption was 44% (g/g). Enzymatic hydrolysis yield was determined with weight loss of pretreated biomass by enzyme, and enzyme adsorption was a percentage of enzyme weight attaching on pretreated biomass compared with input enzyme weight. When $L.$$tulipifera$ was pretreated with 1% sulfuric acid at $160^{\circ}C$ for 5 min., hemicellulose was significantly removed in pretreatment, but the lignin contents were constant. Other changes in surface morphology were detected on biomass pretreated at $160^{\circ}C$ by a field emission scanning electron microscope (FESEM). A large number of spherical shapes known as lignin droplets were observed over the entire biomass surface after pretreatment. Hemicellulose removal and morphological changes improved enzyme accessibility to cellulose by increasing cellulose exposure to enzyme. It is thus evidence that enzyme adsorption is a significant factor to understand pretreatment effectiveness.
The pretreatment of cellulosic biomass is essentially needed because it has more lignin compared with a starch biomass. Ethanol as an organosolv for pretreatment can easily separate some components which can inhibit enzymatic hydrolysis and be re-usuable by distillation. The flow-through process have some strength, separating components continuously, development for scale up. In this research, two-kinds (wheat straw, miscanthus) of biomass was pretreated for development of enzymatic hydrolysis by adoption of pretreatment process of corn stover.
Pretreatment of wastepaper using aqueous glycerol was investigated to enhance the enzymatic hydrolysis. The effects of four factors (solid/liquid ratio, glycerol concentration, acid concentration, and reaction time) on the dissolution yield, the removal of cellulose, hemicellulose and lignin, and the enzymatic digestibility were examined at $150^{\circ}C$. The 1/8 of solid/liquid was determined to perform the reaction uniformly, and the 93% of glycerol concentration was found to be a minimum concentration to conduct the reaction under atmospheric pressure. Also, it was found that the acid concentration and reaction time were strongly related to the dissolution yield and the removal of cellulose, hemicellulose and lignin, but moderately to the enzymatic digestibility. At an optimum condition of $150^{\circ}C$, 1 h and 1% acid concentration, 56% and 49% of hemicellulose and lignin, respectively, were removed, while only 4% of cellulose was removed. The enzymatic digestibility at this condition was 86%, meaning that 83% of the glucan present in the initial substrate was converted to glucose. Compared to glycerol with ethylene glycol as a pretreatment solvent, glycerol is much cheaper than ethylene glycol, but ethylene glycol is superior to glycerol in delignification.
A pretreatment process of cellulose decomposition to a monosaccharide plays an important role in the cellulosic ethanol production using the lignocellulosic biomass. In this study, a cellulosic ethanol was produced by using acidic hydrolysis and enzymatic saccharification process from the lignocellulosic biomass such as rice straw, sawdust, copying paper and newspaper. Three different pretreatment processes were compared; the acidic hydrolysis ($100^{\circ}C$, 1 h) using 10~30 wt% of sulfuric acid, the enzymatic saccharification (30 min) using celluclast ($55^{\circ}C$, pH = 5.0), AMG ($60^{\circ}C$, pH = 4.5), and spirizyme ($60^{\circ}C$, pH = 4.2) and also the hybrid process (enzymatic saccharification after acidic hydrolysis). The yield of cellulosic ethanol conversion with those pretreatment processes were obtained as the following order : hybrid process > acidic hydrolysis > enzymatic saccharification. The optimum fermentation time was proven to be two days in this work. The yield of cellulosic ethanol conversion using celluclast after the acidic hydrolysis with 20 wt% sulfuric acid were obtained as the following order : sawdust > rice straw > copying paper > newspaper when conducting enzymatic saccharification.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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