Diese Arbeit wurde durch das US Department of Energy unter Vertrag Nr DE-AC36-08GO28308 mit dem National Renewable Energy Laboratory unterstützt. Die Finanzierung durch die US DOE Office of Energy Efficiency zur Verfügung gestellt und erneuerbare Energien Bioenergietechnologien Büro. Die US-Regierung behält und der Verleger, durch den Artikel für die Veröffentlichung der Annahme anerkennt, dass die US-Regierung behält eine nicht ausschließliche, bezahlte, unwiderrufliche, weltweite Lizenz zur Nutzung der veröffentlichten Form dieses Werk zu veröffentlichen oder zu vervielfältigen oder zu anderen erlauben, dies zu tun, für die US-Regierung Zwecke.

Achtung: Bitte lesen Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (MSDS) vor Beginn. Ethanol ist entzündlich. Alle anwendbaren chemischen Bearbeitungsverfahren sind sowie alle geltenden Abfall Einweg- und Verfahren für den Umgang gefolgt werden. 1. Reagenzlösungen <ol><li> Bereiten Sie die Hydroxylaminhydrochlorid-Lösung (Lösung A): 7.7 g Hydroxylamin-hydrochlorid und 50 ml entionisiertes Wasser in einen 250-ml-Meßkolben. Wenn alle Feststoffe gelöst haben, verdünnt mit Ethanol zu markieren. Dies resultiert in einer 0,55 M Hydroxylaminhydrochlorid-Lösung in 80% (v / v) Ethanol. </li><li> Bereiten Sie die Triethanolamin-Lösung (Lösung B): In 17,4 ml Triethanolamin in einem 250-mL-Messkolben. In 10 ml Wasser, und dann wird bis zur Marke mit Ethanol auf. 95% Ethanol, können auch verwendet werden, wenn die Zugabe von Wasser wird übersprungen. Dies resultiert in einer 0,48 M Triethanolamin-Lösung in 96% (v / v) Ethanol </li><li> Bereiten Sie die SalzsäureLösung. Entweder kaufen 0,1 N Lösung oder bereiten unter Verwendung von 10 ml konzentrierter HCl und 1 l Wasser. </li></ol> 2. Bio-Öl-Probenahme und Handhabung <ol><li> Stellen Sie sicher, dass die Ölprobe ist bei Raumtemperatur vor der Entnahme einer Probe. Gründlich (Mischung von kräftig mindestens 1 Minute ausgeschüttelt und visuell inspizieren die Probe, um sicherzustellen, es homogen ist. Einige Bio-Öle können erfordern längere Schüttelzeiten) homogenisieren Bioöl eine repräsentative Probe zu erhalten. </li><li> Für die Bio-Ölprobe, verwenden Sie 100 bis 150 mg Bio-Öl. </li><li> Minimierung der Exposition gegenüber Sauerstoff und Wärme Probenabbau vor der Analyse zu verhindern. </li></ol> 3. Analytische Verfahren <ol><li> Standardisierung der Basislösung <ol><li> Trocken Na 2 CO 3 Primärstandard in einem Ofen bei 105 ° C über Nacht eine trockene Probe zu gewährleisten. Lassen Sie die Na 2 CO 3 auf Raumtemperatur abkühlen zu konditionieren. </li><li> Wiegen 100 bis 150 mgNatriumcarbonat in ein Titrationsgefäß, notieren Sie das tatsächliche Gewicht, einen Rührstab hinzufügen und genügend Wasser zur Deckung der pH-Elektrode Lampe und Anschluss hinzufügen. </li><li> Übertragen Sie die Probe in ein Titrationsgefäß, Waschen der Reaktionsflasche mehrmals separat mit Ethanol und Wasser in Anteilen eine endgültige 80% ige Lösung von Ethanol / Wasser zu machen. Titrieren mit der Säurelösung einen automatischen Titrator zum Endpunkt verwendet wird. Notieren Sie den Endpunkt. Der Endpunkt wird als Wendepunkt der Titrationskurve definiert. </li><li> Wiederholen Sie den Vorgang zweimal drei Punkte zu erhalten. </li><li> Verwenden des Mittelwertes als die Normalität der sauren Lösung. </li></ol></li><li> Herstellung von Titration Blanks <ol><li> Für Blank A: 0,5 ml Dimethylsulfoxid (DMSO) zu einem 5 ml-Fläschchen mit einem Spin-Flügel hinzuzufügen. </li><li> 2 mL Hydroxylaminhydrochlorid-Lösung (Lösung A). </li><li> 2 mL Triethanolamin-Lösung (Lösung B). </li><li> Cap fest, in vorgewärmten (80 ° C) Wärmeer Block oder Wasserbad und rühre 2 Stunden. </li><li> Titrieren mit Säurelösung einen automatischen Titrator zum Endpunkt, Rekord-Endpunkt. </li><li> Für Blank B: Wird Mineralsäure vermutet in der Probe vorhanden zu sein, 0,5 mL DMSO bis 5 ml-Fläschchen mit einem Spin-Schaufel. </li><li> 2 mL Triethanolamin-Lösung (Lösung B). </li><li> Cap fest und für 2 Stunden bei 80 ° C rühren. </li><li> Übertragen Sie die Probe in ein Titrationsgefäß, Waschen der Reaktionsflasche mehrmals separat mit Ethanol und Wasser in Anteilen eine endgültige 80% ige Lösung von Ethanol / Wasser zu machen. Titrieren mit der Säurelösung einen automatischen Titrator zum Endpunkt verwendet wird. Notieren Sie den Endpunkt. </li><li> Wiederholen Sie den Vorgang dreimal drei Punkte zu erhalten. </li></ol></li><li> Die Validierung der Methode eines bekannten Carbonyl- Verwendung <ol><li> Man wiegt ~ 100 mg 4- (benzyloxy) benzaldehyd (4-BBA) zu einem 5 ml-Fläschchen, notieren Sie das tatsächliche Gewicht, fügen Sie einen Spin Fahne. </li><li> In 0,5 ml DMSO. </li><li> Sich auflösendie Probe in 2 ml Hydroxylaminhydrochlorid-Lösung (Lösung A). </li><li> 2 mL Triethanolamin-Lösung (Lösung B). </li><li> Schließen Sie den Deckel fest und rühren bei 80 ° C für 2 Stunden. </li><li> Übertragen Sie die Probe in ein Titrationsgefäß, Waschen der Reaktionsflasche mehrmals separat mit Ethanol und Wasser in Anteilen eine endgültige 80% ige Lösung von Ethanol / Wasser zu machen. Titrieren mit der Säurelösung einen automatischen Titrator zum Endpunkt verwendet wird. Notieren Sie den Endpunkt. </li><li> Wiederholen Sie den Vorgang dreimal, drei Punkte zu erhalten. </li></ol></li><li> Analyse von Bio-Öl unter Verwendung des Verfahrens <ol><li> Wiegen der Nähe von 100 mg des Bio-Öl zu 5 ml-Fläschchen, notieren Sie das tatsächliche Gewicht und fügen Sie einen Spin Fahne. </li><li> In 0,5 ml DMSO. </li><li> Auflösen der Probe in 2 ml Hydroxylaminhydrochlorid-Lösung (Lösung A). </li><li> 2 mL Triethanolamin-Lösung (Lösung B). </li><li> Schließen Sie den Deckel fest und rühren bei 80 ° C für 2 Stunden. </li><li> Übertragen the Probe in ein Titrationsgefäß, mit Ethanol und Wasser mehrmals separat die Reaktionsfläschchen Waschen in Anteilen ein endgültiges 80% ige Lösung von Ethanol / Wasser zu machen. Titrieren mit der Säurelösung einen automatischen Titrator zum Endpunkt verwendet wird. Notieren Sie den Endpunkt. </li><li> Wiederholen Sie den Vorgang dreimal, drei Punkte zu erhalten. </li><li> Blank C: Wenn Mineralsäure vermutet wird, in der Probe vorhanden sind, wiegen fast 100 mg des Bio-Öl in einen 5-ml-Fläschchen, das Gewicht aufnehmen und einen Spin Fahne hinzuzufügen. </li><li> In 0,5 ml DMSO. </li><li> 2 mL Triethanolamin-Lösung (Lösung B). </li><li> Cap fest und für 2 Stunden bei 80 ° C rühren. </li><li> Übertragen Sie die Probe in ein Titrationsgefäß, Waschen der Reaktionsflasche mehrmals separat mit Ethanol und Wasser in Anteilen eine endgültige 80% ige Lösung von Ethanol / Wasser zu machen. Titrieren mit der Säurelösung einen automatischen Titrator zum Endpunkt verwendet wird. Notieren Sie den Endpunkt. </li><li> Wiederholen Sie den Vorgang dreimal drei Punkte zu erhalten. </li></ol></li></ol> 4. Berechnungen <ol><li> Standardisierung der Basislösung <ol><li> Berechnen der Konzentration der Säurelösung (mol / L) unter Verwendung der folgenden Gleichung. Das Gewicht des trockenen Natriumcarbonat in Gramm ist w 1, wird die Reinheit als Fraktion geschrieben (dh 99% 0,99), und der Endpunkt ist in mL. <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq1.jpg" /></li></ol></li><li> Die Validierung der Methode eines bekannten Carbonyl- Verwendung <ol><li> Berechnen der Konzentration von 4BBA (mol / L) in der Probe die folgende Gleichung verwendet. Das Gewicht des 4BBA in Gramm wird w 2 wird die 4BBA Reinheit als Fraktion geschrieben (dh 99% 0,99), die Konzentration der Säurelösung (mol / L) [Säure], das Triethanolamin / Hydroxylamin • HCl blank Endpunkt EP BA (der Mittelwert von drei Zuschnitten, in ml), und der Endpunkt EP (in ml). &lt;br /&gt; <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq2.jpg" /></li></ol></li><li> Analyse von Bio-Öl <ol><li> Berechnen Sie die Konzentration von Carbonylen in Bioölen [CO] (mmol / g-Bio-Öl) unter Verwendung der folgenden Gleichung. Das Gewicht des Bioöl in Gramm w 3 ist, die Konzentration der Säurelösung (mol / L) [Säure], das Triethanolamin / Hydroxylamin • HCl blank Endpunkt EP BA (der Mittelwert von drei Zuschnitten in ml) und der Endpunkt EP (in ml). <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq3.jpg" /></li></ol></li><li> Säure - Korrektur HINWEIS: Die Gegenwart von Mineralsäuren oder organischen Säuren mit pKa &lt;2 künstlich niedrig carbonyl Werte aufgrund der Reaktion der Säure mit Triethanolamin verursachen können. <ol><li> Wenn dies vermutet wird, führen Sie die detaillierte Rohlinge in den Abschnitten 3.2.6 und 3.4.8. Das Gewicht der Bio-Öl in der Probe in Gramm ist,w 3, EP ist der Endpunkt der Probe und EP BA ist das Triethanolamin / Hydroxylamin leer. EP BB ist der Endpunkt von Blank B, EP BC ist Endpunkt Blank C und das Gewicht (g) Öl in Blank C verwendet w BC: <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq4.jpg" /> Für Bioöl Proben, die hauptsächlich Essigsäure enthalten, ist dies ein unnötiger Schritt. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Oasmaa, A., Kuoppala, E., Solantausta, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+pyrolysis+of+forestry+residue.+2.+physicochemical+composition+of+product+liquid.">Fast pyrolysis of forestry residue. 2. physicochemical composition of product liquid.</a> Energy Fuels. 17 (2), 433-443 (2003).</li><li>Olarte, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stabilization+of+Softwood-Derived+Pyrolysis+Oils+for+Continuous+Bio-oil+Hydroprocessing.">Stabilization of Softwood-Derived Pyrolysis Oils for Continuous Bio-oil Hydroprocessing.</a> Top. Catal. 59 (1), 55-64 (2016).</li><li>Nicolaides, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The chemical characterization of pyrolytic oils. , (1984).</li><li>Oasmaa, A., Korhonen, J., Kuoppala, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+approach+for+stability+measurement+of+wood-based+fast+pyrolysis+bio-oils.">An approach for stability measurement of wood-based fast pyrolysis bio-oils.</a> Energy Fuels. 25 (7), 3307-3313 (2011).</li><li>Chen, C. L., Lin, S. Y., Dence, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Methods in Lignin Chemistry. , 446-457 (1992).</li><li>Scholze, B., Hanser, C., Meier, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+water-insoluble+fraction+from+fast+pyrolysis+liquids+(pyrolytic+lignin)+Part+II.+GPC,+carbonyl+groups,+and+13C-NMR.">Characterization of the water-insoluble fraction from fast pyrolysis liquids (pyrolytic lignin) Part II. GPC, carbonyl groups, and 13C-NMR.</a> J. Anal. Appl. Pyrolysis. 58-59, 387-400 (2001).</li><li>Bayerbach, R., Meier, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+water-insoluble+fraction+from+fast+pyrolysis+liquids+(pyrolytic+lignin).+Part+IV:+Structure+elucidation+of+oligomeric+molecules.">Characterization of the water-insoluble fraction from fast pyrolysis liquids (pyrolytic lignin). Part IV: Structure elucidation of oligomeric molecules.</a> J. Anal. Appl. Pyrolysis. 85 (1-2), 98-107 (2009).</li><li>Faix, O., Andersons, B., Zakis, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+Carbonyl+Groups+of+Six+Round+Robin+Lignins.">Determination of Carbonyl Groups of Six Round Robin Lignins.</a> Holzforschung. 52, 268-272 (1998).</li><li>Black, S., Ferrell, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+Carbonyl+Groups+in+Pyrolysis+Bio-oils+Using+Potentiometric+Titration:+Review+and+Comparison+of+Methods.">Determination of Carbonyl Groups in Pyrolysis Bio-oils Using Potentiometric Titration: Review and Comparison of Methods.</a> Energy Fuels. 30 (2), 1071-1077 (2016).</li><li>Ferrell, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standardization+of+Chemical+Analytical+Techniques+for+Pyrolysis+Bio-oil:+History,+Challenges,+and+Current+Status+of+Methods.">Standardization of Chemical Analytical Techniques for Pyrolysis Bio-oil: History, Challenges, and Current Status of Methods.</a> Biofuels, Bioprod. Biorefin. 10, 496-507 (2016).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Representative Titrationskurven sind in Abbildung 2 dargestellt. Eine leere Titration, sowie eine Titration für eine Pyrolyseöl Probe, gezeigt. Ferner wird die erste Ableitung der Titrationskurve (DPH / dV) gezeigt, die für eine einfache Erkennung der Titrationsendpunkt ermöglicht. Der Einschub Tabelle 2 zeigt dreifacher Ausführung die Daten für beide Pyrolyseöl und leere Titrationen, mit Mittelwerten und Standardabweichungen. Die Endpunkt-Werte (in ml) gezeigt werden in Abschnitt 4 verwendet, um die Gesamt Carbonylgehalts (in mmol / g) bei der Pyrolyse Ölprobe zu berechnen. Für das Pyrolyseöl Titration in Abbildung 2 gezeigt, war die Bioöl Probenmasse 0,1148 g, die Säurekonzentration 0,07032 mol / L, war der leere Endpunkt 13,041 ml, und das Pyrolyseöl Endpunkt war 4,891 ml. Dies führte zu einem Carbonylgehalt von 4,992 mmol / g Bio-Öl. Während der Methodenentwicklung wurden keine Störungen für Ethylacetat oder gesehencetic Säure. Wir haben herausgefunden, dass die Zugabe von Alkoholen verursacht Störungen aber es ist abhängig von der Kettenlänge. Der Grund dafür ist noch nicht definiert, sondern kann in Beziehung gesetzt werden Eigenschaften des Alkohols zu Lösungsmittel. Es ist erwähnenswert, dass Monosaccharide gemessen werden mit dieser Methode. Die Selektivität dieser Verfahren wurde unter Verwendung von 1-butanol getestet, 1-Pentanol, tert.-Butanol, 2-Propanol, Ethylacetat, Essigsäure, Xylose und Glucose als Modellverbindungen, was Alkohol, Ester, Carbonsäure und Kohlenhydraten im bio- Öl. Diese Methode wurde verwendet, um zuverlässig mindestens 20 roh Pyrolyse Bioölen analysieren, sowohl frisch als auch zu 120 h bei 80 ° C bis im Alter. Zusätzlich wurden mehrere Hydrotreating Pyrolyse Bioölen erfolgreich analysiert. Die Anwendbarkeit dieses Verfahrens auf eine große Vielfalt von Bio-Ölproben mit einem hohen Grad an Genauigkeit und Zuverlässigkeit kombiniert, können diese Verfahren auf andere Anwendungen in der Zukunft verleihen. Zum Beispiel kann Carbonylgehalt verwendet werden Viskosität in einem bio- ersetzenÖlalterungstest. In der ursprünglichen Methode, Faix et al. 8 gemischt , um das Triethanolamin und Hydroxylaminhydrochlorid Lösungen , um eine Stammlösung zu machen. Dies führt zur Bildung von Triethanolamin • HCl, die in einem Messfehler führt. Bei diesem Verfahren wird die Titration der Probe sollte unmittelbar nach der Oximbildung (nach 2 Stunden Rühren) durchgeführt werden. Wenn Titration verzögert folgt Oximierung kann Triethanolamin Triethanolamin • HCl bilden, die zu einem Fehler bei der Messung führen. Eine 80% ige Lösung von Ethanol ist für die Übertragung der Probe in das Titriergefäss nicht notwendig; nur ein Endvolumen von 80% Ethanol benötigt. Als Modellverbindung, 4- (benzyloxy) benzaldehyd (4-BBA) hat ein ausreichend hohes Molekulargewicht in etwa die gleiche Menge zu verwenden (~ 100 mg) als Bio-Ölprobe. Während wir 4-BBA als Carbonylkomponente Modellverbindung vorschlagen verwenden, können andere Verbindungen verwendet werden,anstelle von 4-BBA. Schließlich Zuschnitte B und C sind nicht erforderlich, wenn nur organische Säuren, die in der Bio-Ölprobe sind. Wie in der Einleitung erörtert wurde, hier präsentierte die Faix Verfahren hat viele Vorteile gegenüber der traditionellen carbonyl Titrationsverfahren (die Nicolaides Methode). Vor kurzem wurde ein Vergleich von Nicolaides und Faix Titrationsverfahren gezeigt , dass die Methode signifikant Nicolaides Carbonylgehalt von Bioöl 9 unterschätzt. Zusätzlich wurde im Jahr 2015 ein interLaborStudie auf einem rohen Pyrolyse Bio-Öl durchgeführt, und diese Studie umfasste sowohl Faix und Nicolaides Titrationsmethoden 10. Es wurde festgestellt, dass die Faix carbonyl hier vorgestellte Methode war besonders zuverlässig, mit &lt;5% relative Standardabweichung (RSD) Variabilität zwischen allen teilnehmenden Laboratorien. Im Vergleich dazu zeigte die Nicolaides Methode ein inter Labor Variabilität von ~ 10% RSD. Schließlich, während wurde diese Methode zur Analyse o entwickeltf roh Pyrolyse Bioölen, es wurde auch für Carbonyl Quantifizierung in aktualisierten Pyrolyse Bioölen erfolgreich eingesetzt.

Während der Pyrolyse Bioölen einer großen Vielzahl von Verbindungen und chemischen funktionellen Gruppen enthalten sind, ist die Quantifizierung von Carbonylgruppen besonders wichtig. Carbonylmetall sind bekannt für die Instabilität von Bio-Öl sowohl bei der Lagerung 1 und Verarbeitung 2 verantwortlich sein. Die Titration hier vorgestellte Methode ist eine einfache Technik, die die gesamte Carbonylgehalts von Bioölen zuverlässig quantifizieren können. Nur Aldehyde und Ketone funktionellen Gruppen werden mit dieser Methode quantifiziert; Carbonsäure und lactongruppenhaltige nicht quantifiziert. Zur Analyse von Bio-Öle, Quantifizierung von Carbonylgruppen durch Titration wurde traditionell durchgeführt worden , um die Verfahren von Nicolaides 3 verwendet wird . Dieses Verfahren wurde in dem Bioöl Literatur 4, 5, 6, 7 verwendet. Das ist eineinfaches Verfahren , bei dem Carbonyle in das entsprechende Oxim umgewandelt werden (siehe Abbildung 1). Das freigesetzte HCl reagiert mit Pyridin, das Gleichgewicht zu Ende zu erzwingen. Die konjugierte Säure Pyridin wird mit einer bekannten Menge an NaOH (Base Titriermittel) titriert. Die Anzahl der Äquivalente von NaOH verwendet ist stöchiometrisch äquivalent zu den Molen von Carbonyl in der Bio-Öl. Die Nicolaides Verfahren hat jedoch mehrere Einschränkungen. Es können Reaktionszeiten von mehr als 48 Stunden erfordern Abschluss zu erreichen. Dies schränkt Probendurchsatz. Es nutzt Pyridin, das toxisch ist. Einwaagen von 1 bis 2 g benötigt. Probengewicht verwendet wird, hängt von der Menge an Hydroxylamin HCl Gegenwart und der Carbonylgehalt der Probe. Wenn anfänglichen Schätzungen des Probengewichts verwendet falsch sind, hat die Titration wiederholt werden. Faix et al. 8 ein Verfahren entwickelt, h verändert wurdeehe die Probleme der Nicolaides Methode zu adressieren. Die Reaktion wird für 2 Stunden bei 80 ° C durchgeführt, wodurch den Probendurchsatz zu erhöhen. Pyridin wurde mit Triethanolamin ersetzt, die eine weniger toxische Chemikalie ist. Die Stichprobengröße kann auf 100 bis 150 mg reduziert werden. Das Triethanolamin verbraucht das freigesetzte HCl, die Reaktion zum Abschluß der Fahrt und das unverbrauchte Triethanolamin direkt titriert. Eine Sekundär Titration des Hydroxylamins ist unnötig. Vergleich dieser Titrationsverfahren hat gezeigt , dass die Nicolaides Verfahren erheblich unterschätzt Carbonylgehalt von Bioöl 9. Das hier beschriebene Verfahren ist von der ursprünglichen Methode 8 modifiziert worden mehr anwendbar auf die Analyse der Pyrolyse bio-Öle. Dieses Verfahren wurde für die Analyse der rohen Pyrolyse Bioölen entwickelt, aber es wurde auch auf andere Arten von Biomasse abgeleitete Öle, einschließlich Wasserstoff behandelte Bioölen erfolgreich angewendet. Additional, wurde diese Methode zur Überwachung Veränderungen in Carbonylgehalts während sowohl das Altern und die Aktualisierung verwendet wird.

<table><tbody><tr><td>Analytical balance</td><td></td><td></td><td>accurate to 0.1 mg</td></tr><tr><td>dry block heater with magnetic stirrer, or hot water bath with magnetic stirrer</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Automatic titrator</td><td></td><td></td><td>We used a Metrohm Titrando 809 automatic titrator, though other equivalent systems are acceptable</td></tr><tr><td>Deionized water</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ethanol (reagent grade)</td><td></td><td></td><td>CAS # 64-17-5</td></tr><tr><td>Hydroxylamine hydrochloride&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>CAS # 5470-11-1</td></tr><tr><td>Triethanolamine&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>CAS #102-71-6</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid (37%)&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>CAS # 7647-01-0</td></tr><tr><td>Sodium Carbonate (primary standard)&amp;nbsp;</td><td>SigmaAldrich</td><td>223484</td><td></td></tr><tr><td>4-(benzyloxy)benzaldehyde&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>CAS # 4397-53-9</td></tr><tr><td>Dimethyl sulfoxide</td><td></td><td></td><td>CAS # 67-68-5</td></tr><tr><td>5 mL glass Reacti-vials with solid lid and teflon spinvane</td><td>Thermoscientific</td><td>TS-13223</td><td></td></tr><tr><td>200 mL volumetric flask</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Volumetric or mechanical pipettes</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

determination of carbonyl functional groups in bio-oils by potentiometric titration: the faix method

Carbonylverbindungen in Bioöle sind bekannt für Bioöl Eigenschaftsänderungen bei der Lagerung und während der Aktualisierung verantwortlich zu sein. Insbesondere Carbonyle bewirken eine Erhöhung der Viskosität (oft bezeichnet als &quot;Alterung&quot;) bei der Lagerung von Bio-Ölen. Als solche hat Carbonylgehalt zuvor als ein Verfahren zum Verfolgen Bioöl Alterung und Kondensationsreaktionen mit geringerer Variabilität als Viskositätsmessungen verwendet. Darüber hinaus sind Carbonyle auch verantwortlich für die Bildung von Koks in Bioöl Veredelungsverfahren. In Anbetracht der Bedeutung von Carbonylen in Bioölen, genaue analytische Methoden zu deren Quantifizierung sind sehr wichtig für die Bio-Öl-Community. Potentiometrischen Titrationsverfahren basierend auf carbonyl Oximierung sind seit langem zur Bestimmung von Carbonylgehalt in Pyrolyse Bioölen verwendet. Hier präsentieren wir eine Modifikation der traditionellen carbonyl Oximierung Verfahren, die in weniger Reaktionszeit führt, kleinere Größe, höhere Präzision und mehr accUrat carbonyl Bestimmungen. Während traditionelle Methoden carbonyl Oximierung bei Raumtemperatur auf, stellte die Faix Verfahren erfolgt hier bei einer erhöhten Temperatur von 80 ° C.

<html> Eine typische Titrationskurve besteht aus einem einzelnen Endpunkt, wie in Abbildung 2 dargestellt. Typische Titrationen für beide ein rohes Bio-Ölprobe, und eine leere Titration, gezeigt. Als Endpunkt liegt an dem Wendepunkt der Titrationskurve; der Endpunkt kann leicht durch Auftragen der ersten Ableitung der Titrationskurve (gezeigt auf der rechten Achse, dpH / dV, in Figur 2) identifiziert werden. Viele automatische Titrationssysteme haben Software, die die Ableitung der Titrationskurve berechnet, die manchmal als Endpunkterkennung Kriterien (ERC) bezeichnet wird. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/55165/55165fig1.jpg" /> Abbildung 1: Oximierungsreaktion. Reaktionsschema, das die Umsetzung einer Carbonylverbindung zu dem entsprechenden Oxim zeigt. iles / ftp_upload / 55165 / 55165fig2.jpg &quot;/&gt; Abbildung 2: Probe und Blank Titrationskurven. Repräsentative Titrationskurven für eine rohe Pyrolyse Bio-Öl, und eine leere Titration. Erste Derivate der Titrationskurven, dpH / dV, sind ebenfalls dargestellt. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55165/55165fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55165/55165fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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Determination of Carbonyl Functional Groups in Bio-oils by Potentiometric Titration: The Faix Method

Here we present a potentiometric titration technique for accurately quantifying carbonyl compounds in pyrolysis bio-oils.

Bestimmung der Carbonylfunktionen in Bio-Öle durch potentiometrische Titration: Die Faix Methode

Carbonyl compounds present in bio-oils are known to be responsible for bio-oil property changes upon storage and during upgrading. Specifically, carbonyls ...

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Serie: Determination of Carbonyl Functional Groups in Bio-oils by Potentiometric Titration: The Faix Method

Identification of Fatty Acids in Bacillus cereus

The Bacillus species contain branched chain and unsaturated fatty acids (FAs) with diverse positions of the methyl branch (iso or anteiso) and of the double bond. Changes in FA composition play a crucial role in the adaptation of bacteria to their environment. These modifications entail a change in the ratio of iso versus anteiso branched FAs, and in the proportion of unsaturated FAs relative to saturated FAs, with double bonds created at specific positions. Precise identification of the FA profile is necessary to understand the adaptation mechanisms of Bacillus species.
Many of the FAs from Bacillus are not commercially available. The strategy proposed herein identifies FAs by combining information on the retention time (by calculation of the equivalent chain length (ECL)) with the mass spectra of three types of FA derivatives: fatty acid methyl esters (FAMEs), 4,4-dimethyl oxazoline derivatives (DMOX), and 3-pyridylcarbinyl ester (picolinyl). This method can identify the FAs without the need to purify the unknown FAs.
Comparing chromatographic profiles of FAME prepared from Bacillus cereus with a commercial mixture of standards allows for the identification of straight-chain saturated FAs, the calculation of the ECL, and hypotheses on the identity of the other FAs. FAMEs of branched saturated FAs, iso or anteiso, display a constant negative shift in the ECL, compared to linear saturated FAs with the same number of carbons. FAMEs of unsaturated FAs can be detected by the mass of their molecular ions, and result in a positive shift in the ECL compared to the corresponding saturated FAs.
The branching position of FAs and the double bond position of unsaturated FAs can be identified by the electron ionization mass spectra of picolinyl and DMOX derivatives, respectively. This approach identifies all the unknown saturated branched FAs, unsaturated straight-chain FAs and unsaturated branched FAs from the B. cereus extract.

Identification of Fatty Acids in Bacillus cereus

We propose a protocol to identify fatty acids without the need to purify them. It combines information on the retention times with the mass spectra of three types of fatty acid derivatives: fatty acid methyl esters (FAMEs), 4,4-dimethyl oxazoline derivatives (DMOX), and 3-pyridylcarbinyl esters (picolinyl).

Identifizierung von Fettsäuren in<em&gt; Bacillus cereus</em

The Bacillus species contain branched chain and unsaturated fatty acids (FAs) with diverse positions of the methyl branch (iso or anteiso) and of the ...

Forschung

Biochemie

A Toolkit to Enable Hydrocarbon Conversion in Aqueous Environments

This work puts forward a toolkit that enables the conversion of alkanes by Escherichia coli and presents a proof of principle of its applicability. The toolkit consists of multiple standard interchangeable parts (BioBricks)9 addressing the conversion of alkanes, regulation of gene expression and survival in toxic hydrocarbon-rich environments.
A three-step pathway for alkane degradation was implemented in E. coli to enable the conversion of medium- and long-chain alkanes to their respective alkanols, alkanals and ultimately alkanoic-acids. The latter were metabolized via the native &beta;-oxidation pathway. To facilitate the oxidation of medium-chain alkanes (C5-C13) and cycloalkanes (C5-C8), four genes (alkB2, rubA3, rubA4and rubB) of the alkane hydroxylase system from Gordonia sp. TF68,21 were transformed into E. coli. For the conversion of long-chain alkanes (C15-C36), theladA gene from Geobacillus thermodenitrificans was implemented. For the required further steps of the degradation process, ADH and ALDH (originating from G. thermodenitrificans) were introduced10,11. The activity was measured by resting cell assays. For each oxidative step, enzyme activity was observed.
To optimize the process efficiency, the expression was only induced under low glucose conditions: a substrate-regulated promoter, pCaiF, was used. pCaiF is present in E. coli K12 and regulates the expression of the genes involved in the degradation of non-glucose carbon sources.
The last part of the toolkit - targeting survival - was implemented using solvent tolerance genes, PhPFD&alpha; and &beta;, both from Pyrococcus horikoshii OT3. Organic solvents can induce cell stress and decreased survivability by negatively affecting protein folding. As chaperones, PhPFD&alpha; and &beta; improve the protein folding process e.g. under the presence of alkanes. The expression of these genes led to an improved hydrocarbon tolerance shown by an increased growth rate (up to 50%) in the presences of 10% n-hexane in the culture medium were observed.
Summarizing, the results indicate that the toolkit enables E. coli to convert and tolerate hydrocarbons in aqueous environments. As such, it represents an initial step towards a sustainable solution for oil-remediation using a synthetic biology approach.

A sustainable auto regulating bacterial system for the remediation of oil pollutions was designed using standard interchangeable DNA parts (BioBricks). An engineered E. coli strain was used to degrade alkanes via &beta;-oxidation in toxic aqueous environments. The respective enzymes from different species showed alkane degradation activity. Additionally, an increased tolerance to n-hexane was achieved by introducing genes from alkane-tolerant bacteria.

Ein Toolkit zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in wässrigen Umgebungen aktivieren

This work puts forward a toolkit that enables the conversion of alkanes by Escherichia coli and presents a proof of principle of its applicability. The ...

Biotechnik

Analyzing the Photo-oxidation of 2-propanol at Indoor Air Level Concentrations Using Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry

We demonstrate a versatile protocol to be used for determining the effectiveness of photocatalysts in degrading indoor air concentration (ppb) volatile organic carbons (VOCs), illustrating this with a titanium dioxide based catalyst, and the VOC 2-propanol. The protocol takes advantage of field asymmetric ion mobility spectroscopy (FAIMS), an analysis tool that is capable of continuously identifying and monitoring the concentration of VOCs such as 2-propanol and acetone at the ppb level. The continuous nature of FAIMS allows detailed kinetic analysis, and long-term reactions, offering a significant advantage over gas chromatography, a batch process traditionally used in air purification characterization. The use of FAIMS in photocatalytic air purification has only recently been used for the first time, and with the protocol illustrated here, the flexibility in allowing alternative VOCs and photocatalysts to be tested using comparable protocols offers a unique system to elucidate photocatalytic air purification reactions at low concentrations.

A protocol for determining the effectiveness of photocatalysts in degrading indoor air concentration (ppb) model volatile organic carbons such as 2-propanol is described.

Die Foto-Oxidation von 2-Propanol bei Raumluft Ebene Konzentrationen mit Feld asymmetrische Ion Mobility Spectrometry Analyse

We demonstrate a versatile protocol to be used for determining the effectiveness of photocatalysts in degrading indoor air concentration (ppb) volatile ...

Chemie

Original Experimental Approach for Assessing Transport Fuel Stability

The study of fuel oxidation stability is an important issue for the development of future fuels. Diesel and kerosene fuel systems have undergone several technological changes to fulfill environmental and economic requirements. These developments have resulted in increasingly severe operating conditions whose suitability for conventional and alternative fuels needs to be addressed. For example, fatty acid methyl esters (FAMEs) introduced as biodiesel are more prone to oxidation and may lead to deposit formation. Although several methods exist to evaluate fuel stability (induction period, peroxides, acids, and insolubles), no technique allows one to monitor the real-time oxidation mechanism and to measure the formation of oxidation intermediates that may lead to deposit formation. In this article, we developed an advanced oxidation procedure (AOP) based on two existing reactors. This procedure allows the simulation of different oxidation conditions and the monitoring of the oxidation progress by the means of macroscopic parameters, such as total acid number (TAN) and advanced analytical methods like gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) and Fourier Transform Infrared - Attenuated Total Reflection (FTIR-ATR). We successfully applied AOP to gain an in-depth understanding of the oxidation kinetics of a model molecule (methyl oleate) and commercial diesel and biodiesel fuels. These developments represent a key strategy for fuel quality monitoring during logistics and on-board utilization.

Oxidation stability of transport fuels has become a concern for future fuel development. This work presents an original methodology developed by IFP Energies Nouvelles for assessing fuel stability using two different reactors. This methodology was successfully applied to gain an in-depth understanding of the oxidation kinetics and pathways of model molecules and commercial fuels.

Ursprünglicher experimenteller Ansatz zur Beurteilung Transport Kraftstoff Stabilität

The study of fuel oxidation stability is an important issue for the development of future fuels. Diesel and kerosene fuel systems have undergone several ...

Using Capillary Electrophoresis to Quantify Organic Acids from Plant Tissue: A Test Case Examining Coffea arabica Seeds

Carboxylic acids are organic acids containing one or more terminal carboxyl (COOH) functional groups. Short chain carboxylic acids (SCCAs; carboxylic acids containing three to six carbons), such as malate and citrate, are critical to the proper functioning of many biological systems, where they function in cellular respiration and can serve as indicators of cell health. In foods, organic acid content can have significant impact on taste, with increased SCCA levels resulting in a sour or &#34;acid&#34; taste. Because of this, methods for the rapid analysis of organic acid levels are of particular interest to the food and beverage industries. Unfortunately, however, most methods used for SCCA quantification are dependent on time-consuming protocols requiring the derivatization of samples with hazardous reagents, followed by costly chromatographic and/or mass spectrometric analyses. This method details an alternate method for the detection and quantification of organic acids from plant material and food samples using free zonal capillary electrophoresis (CZE), sometimes simply referred to as capillary electrophoresis (CE). CZE provides a cost-effective method for measuring SCCAs with a low limit of detection (0.005 mg/ml). This article details the extraction and quantification of SCCAs from plant samples. While the method provided focuses on measurement of SCCAs from coffee beans, the method provided can be applied to multiple plant-based food materials.

Using Capillary Electrophoresis to Quantify Organic Acids from Plant Tissue: A Test Case Examining Coffea arabica Seeds

This article presents a method for the detection and quantification of organic acids from plant material using free zonal capillary electrophoresis. An example of the potential application of this method, determining the effects of a secondary fermentation on organic acid levels in coffee seeds, is provided.

Mit Hilfe der Kapillarelektrophorese organischen Säuren aus Pflanzengewebe zu beziffern: ein Test Untersuchen<em&gt; Coffea arabica</em&gt; Saatgut

Carboxylic acids are organic acids containing one or more terminal carboxyl (COOH) functional groups. Short chain carboxylic acids (SCCAs; carboxylic ...

Extraction of Lignin with High &#946;-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield

Lignin valorization strategies are a key factor for achieving more economically competitive biorefineries based on lignocellulosic biomass. Most of the emerging elegant procedures to obtain specific aromatic products rely on the lignin substrate having a high content of the readily cleavable &#946;-O-4 linkage as present in the native lignin structure. This provides a miss-match with typical technical lignins that are highly degraded and therefore are low in &#946;-O-4 linkages. Therefore, the extraction yields, and the quality of the obtained lignin are of utmost importance to access new lignin valorization pathways. In this manuscript, a simple protocol is presented to obtain lignins with high &#946;-O-4 content by relatively mild ethanol extraction that can be applied to different lignocellulose sources. Furthermore, analysis procedures to determine the quality of the lignins are presented together with a depolymerization protocol that yields specific phenolic 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes, which can be used to evaluate the obtained lignins. The presented results demonstrate the link between lignin quality and potential for the lignins to be depolymerized into specific monomeric aromatic chemicals. Overall, the extraction and depolymerization demonstrates a trade-off between the lignin extraction yield and the retention of the native aryl-ether structure and thus the potential of the lignin to be used as the substrate for the production of chemicals for higher-value applications.

Here, we present a protocol to perform ethanol extraction of lignin from several biomass sources. The effect of the extraction conditions on the lignin yield and &#946;-O-4 content are presented. Selective depolymerization is performed on the obtained lignins to obtain high aromatic monomer products.

Gewinnung von Lignin mit hohen Gehalt an β-O-4 durch milde Ethanol Extraktion und seine Wirkung auf die Depolymerisation Ausbeute

Lignin valorization strategies are a key factor for achieving more economically competitive biorefineries based on lignocellulosic biomass. Most of the ...

Characterizing Lewis Pairs Using Titration Coupled with In Situ Infrared Spectroscopy

Lewis acid-activation of carbonyl-containing substrates is a fundamental basis for facilitating transformations in organic chemistry. Historically, characterization of these interactions has been limited to models equivalent to stoichiometric reactions. Here, we report a method utilizing in situ infrared spectroscopy to probe the solution interactions between Lewis acids and carbonyls under synthetically relevant conditions. Using this method, we were able to identify 1:1 complexation between GaCl3 and acetone and a highly ligated complex for FeCl3 and acetone. The impact of this technique on mechanistic understanding is illustrated by application to the mechanism of Lewis acid-mediated carbonyl-olefin metathesis in which we were able to observe competitive binding interactions between substrate carbonyl and product carbonyl with the catalyst.

Here, we present a method for the observation of solution interactions between Lewis acids and bases by employing in situ infrared spectroscopy as a detector for titration under synthetically relevant conditions. By examining solution interactions, this method represents a complement to X-ray crystallography, and provides an alternative to NMR spectroscopy.

Charakterisieren von Lewis-Paaren mit Titration gekoppelt mit In Situ-Infrarotspektroskopie

Lewis acid-activation of carbonyl-containing substrates is a fundamental basis for facilitating transformations in organic chemistry. Historically, ...

Fast Pyrolysis of Biomass Residues in a Twin-screw Mixing Reactor

Fast pyrolysis is being increasingly applied in commercial plants worldwide. They run exclusively on woody biomass, which has favorable properties for conversion with fast pyrolysis. In order to increase the synergies of food production and the energetic and/or material use of biomass, it is desirable to utilize residues from agricultural production, e.g., straw. The presented method is suitable for converting such a material on an industrial scale. The main features are presented and an example of mass balances from the conversion of several biomass residues is given. After conversion, fractionated condensation is applied in order to retrieve two condensates &#8212; an organic-rich and an aqueous-rich one. This design prevents the production of fast pyrolysis bio-oil that exhibits phase separation. A two phase bio-oil is to be expected because of the typically high ash content of straw biomass, which promotes the production of water of reaction during conversion.
Both fractionated condensation and the use of biomass with high ash content demand a careful approach for establishing balances. Not all kind of balances are both meaningful and comparable to other results from the literature. Different balancing methods are presented, and the information that can be derived from them is discussed.

A procedure for thermochemical conversion of biomass residues is presented that aims at maximizing the yield of liquid products (fast pyrolysis). It is based on a technology proven on an industrial scale and especially suitable for treating a straw type of biomass.

Schnelle Pyrolyse von Biomasse Rückstände in einem Doppelschnecken-Mischreaktor

Fast pyrolysis is being increasingly applied in commercial plants worldwide. They run exclusively on woody biomass, which has favorable properties for ...

Fractionation of Lignocellulosic Biomass using the OrganoCat Process

The shift from a petroleum-based to a more sustainable and bio-based economy requires the development of new refinery concepts to maintain the supply of raw materials and energy. For these novel and sustainable biorefinery concepts, it is important to use catalysts and solvents that are aligned with the principles of Green Chemistry. Therefore, the implementation of biogenic alternatives can be a promising solution. The lignocellulose pretreatment and fractionation process presented herein-OrganoCat-is an integrated fractionation of lignocellulose into its main components using biogenic acids such as 2,5-furandicarboxylic acid as catalyst. Hemicelluloses and other non-cellulosic polysaccharides are selectively depolymerized by the diluted acid and dissolved, while the crystalline cellulose remains in the solid pulp. In the presence of a second organic phase consisting of biogenic 2-methyltetrahydrofuran, disentangled lignin is extracted in situ. The process allows for the efficient fractionation of the three main components-lignin, cellulose, and non-cellulosic sugars. This helps to focus on the quality of the lignin, the improvement of enzymatic hydrolysis of the cellulose-enriched pulp, and the mild non-cellulosic sugar extraction with low degradation.

OrganoCat is a method for the pretreatment and fractionation of lignocellulose under mild conditions into lignin, fermentable sugars, and cellulose pulp. In a biogenic, biphasic solvent system of water and 2-methyltetrahydrofuran with 2,5-furancarboxylic acid as catalyst, the OrganoCat products are separated in situ for straightforward product recovery.

Fraktionierung von Lignozellulose-Biomasse mit dem OrganoCat-Verfahren

The shift from a petroleum-based to a more sustainable and bio-based economy requires the development of new refinery concepts to maintain the supply of ...

Ultrafast Lignin Extraction from Unusual Mediterranean Lignocellulosic Residues

Pretreatment is still the most expensive step in lignocellulosic biorefinery processes. It must be made cost-effective by minimizing chemical requirements as well as power and heat consumption and by using environment-friendly solvents. Deep eutectic solvents (DESs) are key, green, and low-cost solvents in sustainable biorefineries. They are transparent mixtures characterized by low freezing points resulting from at least one hydrogen bond donor and one hydrogen bond acceptor. Although DESs are promising solvents, it is necessary to combine them with an economic heating technology, such as microwave irradiation, for competitive profitability. Microwave irradiation is a promising strategy to shorten the heating time and boost fractionation because it can rapidly attain the appropriate temperature. The aim of this study was to develop a one-step, rapid method for biomass fractionation and lignin extraction using a low-cost and biodegradable solvent. 
In this study, a microwave-assisted DES pretreatment was conducted for 60 s at 800 W, using three kinds of DESs. The DES mixtures were facilely prepared from choline chloride (ChCl) and three hydrogen-bond donors (HBDs): a monocarboxylic acid (lactic acid), a dicarboxylic acid (oxalic acid), and urea. This pretreatment was used for biomass fractionation and lignin recovery from marine residues (Posidonia leaves and aegagropile), agri-food byproducts (almond shells and olive pomace), forest residues (pinecones), and perennial lignocellulosic grasses (Stipa tenacissima). Further analyses were conducted to determine the yield, purity, and molecular weight distribution of the recovered lignin. In addition, the effect of DESs on the chemical functional groups in the extracted lignin was determined by Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy. The results indicate that the ChCl-oxalic acid mixture affords the highest lignin purity and the lowest yield. The present study demonstrates that the DES-microwave process is an ultrafast, efficient, and cost-competitive technology for lignocellulosic biomass fractionation.

Deep eutectic solvent-based, microwave-assisted pretreatment is a green, fast, and efficient process for lignocellulosic fractionation and high-purity lignin recovery.

Ultraschnelle Ligninextraktion aus ungewöhnlichen mediterranen Lignocellulose-Rückständen

Pretreatment is still the most expensive step in lignocellulosic biorefinery processes. It must be made cost-effective by minimizing chemical requirements ...

Bestimmung der Carbonylfunktionen in Bio-Öle durch potentiometrische Titration: Die Faix Methode

Zusammenfassung

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Identifizierung von Fettsäuren in