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Beneficial and detrimental effects of choline chloride–oxalic acid deep eutectic solvent on biogas production
Waste Management ( IF 7.1 ) Pub Date : 2021-07-07 , DOI: 10.1016/j.wasman.2021.06.027
Filipa Lima 1 , Luis C Branco 2 , Nuno Lapa 3 , Isabel M Marrucho 4
Affiliation  

Deep eutectic solvents (DES), a new class of alternative solvents, have recently been used in the pre-treatment of lignocellulosic biomass. Due to the ability to dissolve phenolic compounds, they have been efficiently applied as delignification agents. However, to extend DES application to bioprocesses, such as Anaerobic Digestion (AD), their toxicity to microbial consortia must be evaluated. In this work, an effective delignifying DES, composed of choline chloride (ChCl) and oxalic acid (OA) (1:1) was prepared and its effect evaluated, for the first time, in biogas production. Results show that the presence of DES had both beneficial and detrimental effects on the anaerobic consortium, depending on its concentration. In the concentration range of 0.3–12.5 g/L, the presence of DES led to a lag-phase of 1 to 8 d as the DES concentration increased. However, after the lag-phase has been surpassed, DES up to a concentration of 12.5 g/L improved the biogas production, reaching an accumulated biogas volume three times higher than the control assay for the concentration of 12.5 g/L. For the highest DES concentrations (19.8–78.1 g/L), the biogas production was inhibited. The assays performed with DES components alone have indicated that OA at 3.2 g/L was the main responsible for the inhibition of biogas production (50% less biogas produced than the control). ChCl at 4.9 g/L has not presented a lag-phase and produced an accumulated biogas volume like the control assay (1200 mL for 30 d incubation). This work points out that ChCl:OA DES may be used in the delignification of biomass further submitted to AD, provided the inhibitory concentrations of OA are not achieved.



中文翻译:

氯化胆碱-草酸低共熔溶剂对沼气生产的利弊影响

深共熔溶剂 (DES) 是一类新的替代溶剂,最近已用于木质纤维素生物质的预处理。由于能够溶解酚类化合物,它们已被有效地用作脱木素剂。然而,要将 DES 应用扩展到生物过程,如厌氧消化 (AD),必须评估它们对微生物群落的毒性。在这项工作中,制备了一种由氯化胆碱 (ChCl) 和草酸 (OA) (1:1) 组成的有效脱木素 DES,并首次评估了其在沼气生产中的效果。结果表明,DES 的存在对厌氧菌群有有益和有害的影响,这取决于其浓度。在 0.3–12.5 g/L 的浓度范围内,随着 DES 浓度的增加,DES 的存在导致 1 到 8 天的滞后期。然而,在超过滞后期后,浓度高达 12.5 g/L 的 DES 提高了沼气产量,达到的累积沼气量是浓度为 12.5 g/L 的对照测定的三倍。对于最高 DES 浓度(19.8-78.1 g/L),沼气生产受到抑制。单独使用 DES 成分进行的分析表明,3.2 g/L 的 OA 是抑制沼气产生的主要原因(产生的沼气比对照少 50%)。4.9 g/L 的 ChCl 没有出现滞后期,并产生了与对照试验一样的累积沼气体积(1200 mL,孵育 30 天)。这项工作指出,如果未达到 OA 的抑制浓度,ChCl:OA DES 可用于进一步提交给 AD 的生物质的脱木素。超过滞后期后,浓度高达 12.5 g/L 的 DES 提高了沼气产量,达到的累积沼气量是浓度为 12.5 g/L 的对照测定的三倍。对于最高 DES 浓度(19.8-78.1 g/L),沼气生产受到抑制。单独使用 DES 成分进行的分析表明,3.2 g/L 的 OA 是抑制沼气产生的主要原因(产生的沼气比对照少 50%)。4.9 g/L 的 ChCl 没有出现滞后期,并产生了与对照试验一样的累积沼气体积(1200 mL,孵育 30 天)。这项工作指出,如果未达到 OA 的抑制浓度,ChCl:OA DES 可用于进一步提交给 AD 的生物质的脱木素。超过滞后期后,浓度高达 12.5 g/L 的 DES 提高了沼气产量,达到的累积沼气量是浓度为 12.5 g/L 的对照测定的三倍。对于最高 DES 浓度(19.8-78.1 g/L),沼气生产受到抑制。单独使用 DES 成分进行的分析表明,3.2 g/L 的 OA 是抑制沼气产生的主要原因(产生的沼气比对照少 50%)。4.9 g/L 的 ChCl 没有出现滞后期,并产生了与对照试验一样的累积沼气体积(1200 mL,孵育 30 天)。这项工作指出,如果未达到 OA 的抑制浓度,ChCl:OA DES 可用于进一步提交给 AD 的生物质的脱木素。浓度高达 12.5 g/L 的 DES 提高了沼气产量,达到的累积沼气量比浓度为 12.5 g/L 的对照试验高三倍。对于最高 DES 浓度(19.8-78.1 g/L),沼气生产受到抑制。单独使用 DES 成分进行的分析表明,3.2 g/L 的 OA 是抑制沼气产生的主要原因(产生的沼气比对照少 50%)。4.9 g/L 的 ChCl 没有出现滞后期,并产生了与对照试验一样的累积沼气体积(1200 mL,孵育 30 天)。这项工作指出,如果未达到 OA 的抑制浓度,ChCl:OA DES 可用于进一步提交给 AD 的生物质的脱木素。浓度高达 12.5 g/L 的 DES 提高了沼气产量,达到的累积沼气量比浓度为 12.5 g/L 的对照试验高三倍。对于最高 DES 浓度(19.8-78.1 g/L),沼气生产受到抑制。单独使用 DES 成分进行的分析表明,3.2 g/L 的 OA 是抑制沼气产生的主要原因(产生的沼气比对照少 50%)。4.9 g/L 的 ChCl 没有出现滞后期,并产生了与对照试验一样的累积沼气体积(1200 mL,孵育 30 天)。这项工作指出,如果未达到 OA 的抑制浓度,ChCl:OA DES 可用于进一步提交给 AD 的生物质的脱木素。对于 12.5 g/L 的浓度,达到比对照试验高三倍的累积沼气体积。对于最高 DES 浓度(19.8-78.1 g/L),沼气生产受到抑制。单独使用 DES 成分进行的分析表明,3.2 g/L 的 OA 是抑制沼气产生的主要原因(产生的沼气比对照少 50%)。4.9 g/L 的 ChCl 没有出现滞后期,并产生了与对照试验一样的累积沼气体积(1200 mL,孵育 30 天)。这项工作指出,如果未达到 OA 的抑制浓度,ChCl:OA DES 可用于进一步提交给 AD 的生物质的脱木素。对于 12.5 g/L 的浓度,达到比对照试验高三倍的累积沼气体积。对于最高 DES 浓度(19.8-78.1 g/L),沼气生产受到抑制。单独使用 DES 成分进行的分析表明,3.2 g/L 的 OA 是抑制沼气产生的主要原因(产生的沼气比对照少 50%)。4.9 g/L 的 ChCl 没有出现滞后期,并产生了与对照试验一样的累积沼气体积(1200 mL,孵育 30 天)。这项工作指出,如果未达到 OA 的抑制浓度,ChCl:OA DES 可用于进一步提交给 AD 的生物质的脱木素。沼气生产受到抑制。单独使用 DES 成分进行的分析表明,3.2 g/L 的 OA 是抑制沼气产生的主要原因(产生的沼气比对照少 50%)。4.9 g/L 的 ChCl 没有出现滞后期,并产生了与对照试验一样的累积沼气体积(1200 mL,孵育 30 天)。这项工作指出,如果未达到 OA 的抑制浓度,ChCl:OA DES 可用于进一步提交给 AD 的生物质的脱木素。沼气生产受到抑制。单独使用 DES 成分进行的分析表明,3.2 g/L 的 OA 是抑制沼气产生的主要原因(产生的沼气比对照少 50%)。4.9 g/L 的 ChCl 没有出现滞后期,并产生了与对照试验一样的累积沼气体积(1200 mL,孵育 30 天)。这项工作指出,如果未达到 OA 的抑制浓度,ChCl:OA DES 可用于进一步提交给 AD 的生物质的脱木素。9 g/L 没有出现滞后期,并产生了与对照试验一样的累积沼气体积(1200 mL,孵育 30 天)。这项工作指出,如果未达到 OA 的抑制浓度,ChCl:OA DES 可用于进一步提交给 AD 的生物质的脱木素。9 g/L 没有出现滞后期,并产生了与对照试验一样的累积沼气体积(1200 mL,孵育 30 天)。这项工作指出,如果未达到 OA 的抑制浓度,ChCl:OA DES 可用于进一步提交给 AD 的生物质的脱木素。

更新日期:2021-07-07
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