Isolation of chitin from marine biomass with deep eutectic solvents and kinetics study of n-deacetylation to chitosan : doctoral disertation

angleški

doktorska dela

2020

doktorske disertacije   evtektična topila   frakcionacija biomase   hitin   hitozan   locevanje mineralov   model z vkljucevanjem reakcijske kinetike in transporta

Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo

Namen disertacije je predstaviti razvoj nove metodologije z uporabo zelenih alternativnih rešitev, ki predstavljajo izboljšanje v primerjavi s tradicionalnim nacinom pridobivanja komponent iz odpadne morske biomase. Frakcioniranje morske biomase, v našem primeru lupine škampov v sestavne dele, z glavnim hitinom, ki je eden prvih in najbolj komercialno pomembnih biopolimerov, je bilo doseženo s selektivno optimizacijo pogojev ekstrakcije z uporabo evtekticnih topil, kar je imelo za posledico zelo visok izkoristek hitina. Mehanizem frakcioniranja je razložen s kvantitativno analizo tekocih in trdnih frakcij, dobljenih po raztapljanju lupin škampov v DES. Evtekticna topila so se reciklirana in ponovno uporabila za hitinsko izolacijo, pri cemerto ni imelo velik vpliv na izkoristek hitina. Štiri najbolj obetavna in komercialno dostopna NADES, ki jih sestavljajo mešanice holin-klorid-mlecna kislina (CCLA), holin-kloridmalonska kislina (CCMA), holin-klorid-secnina (CCUR) in holin-klorid-citronska kislina (CCCA), so bili preizkušeni. Najvišji izkoristek ekstrakcije hitina je bil <90% z uporabo CCLA, s cistostostjo izoliranega hitina nad 98%. Študija o modeliranju heterogenega koraka N-deacetilacije %-hitina, dobljenega iz odpadkov škampov, z uporabo kataliticne alkalne raztopine pri razlicnih delovnih temperaturah in koncentracijah je prinesla nova mehanisticna spoznanja. Porazdelitve velikosti delcev za dva locena eksperimenta z manjšim prahom ali vecjimi morfologijami hitina dobijene so sistemom sledenja v realnem casu.Mehanizem pretvorbe verige biopolimerov je bil opisan preko matematicnega modela reakcijsko-difuzijske rešetke, rešen za vse intervale frakcij. Kinetika reakcije je bila predposatvljena drugega reda, ker koncentracija hidroksilnih ionov v porah ni bila konstantna. Izbrani matematicni model je omogocil razmeroma dober dogovor za kumulativne eksperimentalne podatke glede kinetike v zacetni fazi , kot tudi naknadno difuzijo za OH%. V tej študiji je bil nadelje tudi razvit en trajnostni pristop k raztapljanju hitina z vkljucitvijo zelene tehnologije v predelavo hitina, da bi odpravili pomanjkljivosti s pomocjo konvencialnih nacinov raztapljanja hitina in kemijske deacetilacije. V tej študiji so bila preizkušena številna razlicna evtekticna topila za raztaplanje hitina, kjer so se štiri izkazala kot zelo ucinkovita. CCLA ( holin hlorid-mlecna kislina) je bilo najbolj obetavno topilo za raztapljanje hitina. Alkalna in nevtralna evtekticna topila, so lahko vplivali na vodikove vezi v strukturi hitina, hkrati pa so vzpostavili novo in omogocili hitrejšo reakcijsko kinetiko N.-deacetilacijo ob uporabi manjše koncetracije NaOH. Tako so najucinkovitejši: CCLA, GLBT (glicerol-betain) in CCUR (holin klorid-urea) , uporabljeni za izvajanje N-deacetilacije s 30% raztopino NaOH pri 80°C in reakcijskim casom do 18h. Dobljeni rezultati so pokazali DDA za približno 44-55% višjo od obstojecih literaturinih rezultatov, kjer je potekala homogena reakcija N deacetilacije hitina.

07.08.2023