Integrated membrane reactor for the production of butyl butyrate starting from biomass

Abstract: Efterfrågan på energi ökar snabbt, och denna trend förväntas bestå. Det råder dock ingen tvekan om att världen för närvarande befinner sig i en energikris, som är en katastrof både ekonomiskt och miljömässigt. Följaktligen är sökandet efter alternativa energikällor för att ersätta fossila bränslen absolut nödvändigt. Biobränslen som härrör från biomassa ökar i popularitet på grund av deras höga tillgänglighet och förmåga att minska utsläppen av växthusgaser. Butylbutyrat är ett potentiellt substitut för diesel- och flygmotorbränsle, vilket gör det till en viktig energikälla för både land- och lufttransporter. I den här studien undersöks enzymatisk katalys för produktion av butylbutyrat genom förestring av butanol och smörsyra med hjälp av olika membran. Användningen av enzymer som katalysatorer erbjuder många fördelar jämfört med traditionella kemiska katalysatorer, såsom ökad selektivitet, mildare reaktionsförhållanden och miljövänliga processer. Estrarnas byggstenar, n-butanol och smörsyra, är viktiga kemikalier och kan produceras i biotekniska processer med hjälp av förnybara källor som lignocellulosabaserad biomassa, vilket bidrar till övergången från en petroleumbaserad till en hållbar energiförsörjning. Produktionen av butanol och smörsyra i bioreaktorer försvåras av de typiska hindren för biobränsleproduktion, såsom produkthämning, höga bearbetningskostnader i efterföljande led och låga utbyten. NanoLodge-projektet bygger på tre reaktorer, en för produktion av butanol och en för smörsyra, i två separata men sammankopplade kontinuerliga Clostridium fermenteringar, och ett tredje reaktionssystem för enzymatisk förestring. Alla tre processerna i en, med dedikerade membran som separerar de olika reaktiva systemen, förväntas öka utbytet och samtidigt skapa en mycket integrerad anläggning som kan skalas upp för storskalig drift. Med hjälp av Raman-spektroskopi, GC-FID, FTIR och SEM undersöktes och karakteriserades fem distinkta material och deras relativa membranförändringar, inklusive enzymet på det översta lagret. FTIR-resultaten indikerade att för några av dem var porerna effektivt fuktade med reaktanterna, och membranens hydrofobicitet ökades genom att applicera lämplig beläggning, som även innefattade enzymet. Även om varken syntes av butylbutyrat eller passage genom de olika skikten av membranen inträffade, visade Raman-spektroskopi och GC-FID att et av membranen var en möjlig kandidat för förestring. Dessutom kunde inte alla testade membran motstå reaktionsmediet eftersom SEM-bilder avslöjade att vissa områden av ytan och strukturen hade ändrats något. Mer studier behövs för att fastställa att det med lovande membranet och dess modifieringar, särskilt den hydrofoba naturen och det immobiliserade enzymet, är acceptabla för butylbutyratsyntes. Ytterligare forskning kan utforska processoptimering, enzymimmobiliseringstekniker och reningsmetoder nedströms för att förbättra den totala effektiviteten och ekonomiska bärkraften för denna enzymatiska förestringsprocess.