Extraction of biorefinery platform materials using ionic liquids

Abstract

O crescimento económico sustentável requer a garantia de recursos para a produção industrial. O desenvolvimento de biorrefinarias representa a chave para o acesso a uma produção integrada de alimentos, rações, produtos químicos, materiais, mercadorias e combustíveis do futuro. O objectivo deste trabalho é avaliar a capacidade de extracção de materiais de plataforma de biorrefinaria utilizando líquidos iónicos. Para tal efeito, foram seleccionados ácidos orgânicos de cadeia curta, tais como os ácidos L-láctico, L-málico e succínico, que são produzidos por via fermentativa em soluções aquosas diluídas, e utilizados líquidos iónicos à base do catião fosfónio com cadeias alquílicas relativamente longas. Foi avaliado o efeito de três parâmetros nos coeficientes de partição e na eficiência de extracção: a natureza do anião do líquido iónico, a temperatura do processo e a concentração do ácido na solução aquosa de partida. Foram ainda testadas duas metodologias de recuperação dos ácidos em estudos: alteração de pH e destilação a pressão reduzida. O método computacional de previsão COSMORS foi também utilizado para prever o equilíbrio de fases dos sistemas ternários, água+ácido orgânico+líquido iónico, em estudo tendo-se obtido resultados satisfatórios.

Sustainable economical growth requires safe resources of raw materials for the industrial production. Petroleum is today’s most frequently used industrial raw material, which is neither sustainable, nor environmentally friendly. While the economy of energy can be based on various alternative raw materials, such as wind, sun, water, biomass, the economy of substances is fundamentally depending on biomass, in particularly on biomass of plants. The development of biorefineries represents the key for the access to an integrated production of food, feed, chemicals, materials, goods and fuels of the future. Special requirements are placed to both, the substantial converting industry as well as research and development regarding the efficiency of the bio-based product line as well as sustainability. The objective of this work is to evaluate the extraction capacity of phosphonium-based ionic liquids regarding biorefinery platform materials, focusing on small chain organic acids such as Llactic, L-malic and succinic acids. The effect of three parameters on the partition coefficients and on the efficiency of extraction was evaluated: the ionic liquid anion’s nature, the temperature of the process and the concentration of the acid in the start aqueous solution. Two different approaches to recover the organic acid from the ionic liquid were rehearsed with good results. The predictive capacity of the COSMO-RS for the ternary systems water+organic acid+ionic liquid was evaluated.