Enhanced Furfural Yields from Xylose Dehydration in the γ‐Valerolactone/Water Solvent System at Elevated Temperatures

糠醛 木糖 化学 溶剂 产量(工程) 脱水 催化作用 木质纤维素生物量 有机化学 生物量(生态学) 核化学 发酵 材料科学 生物化学 地质学 冶金 海洋学
作者
Canan Sener,Ali Hussain Motagamwala,David Martín Alonso,James A. Dumesic
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:11 (14): 2321-2331 被引量:79
标识
DOI:10.1002/cssc.201800730
摘要

High yields of furfural (>90 %) were achieved from xylose dehydration in a sustainable solvent system composed of γ-valerolactone (GVL), a biomass derived solvent, and water. It is identified that high reaction temperatures (e.g., 498 K) are required to achieve high furfural yield. Additionally, it is shown that the furfural yield at these temperatures is independent of the initial xylose concentration, and high furfural yield is obtained for industrially relevant xylose concentrations (10 wt %). A reaction kinetics model is developed to describe the experimental data obtained with solvent system composed of 80 wt % GVL and 20 wt % water across the range of reaction conditions studied (473-523 K, 1-10 mm acid catalyst, 66-660 mm xylose concentration). The kinetic model demonstrates that furfural loss owing to bimolecular condensation of xylose and furfural is minimized at elevated temperature, whereas carbon loss owing to xylose degradation increases with increasing temperature. Accordingly, the optimal temperature range for xylose dehydration to furfural in the GVL/H2 O solvent system is identified to be from 480 to 500 K. Under these reaction conditions, furfural yield of 93 % is achieved at 97 % xylan conversion from lignocellulosic biomass (maple wood).
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