5.3b: Métodos de pH bajo
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El mecanismo para tratamientos de pH bajo es la hidrólisis de la hemicelulosa. La hidrólisis es una reacción con agua, donde se agrega ácido al agua para acelerar el tiempo de reacción. Se pueden usar varios ácidos, incluyendo ácido sulfúrico diluido (H 2 SO 4), dióxido de azufre gaseoso (SO 2), ácido clorhídrico (HCl), ácido fosfórico (H 3 PO 4) y ácido oxálico (C 2 H 2 O 4). Debido a que es una reacción, los parámetros clave que la afectan incluyen temperatura, tiempo, concentración de ácido y contenido de humedad de la biomasa. Pueden tener lugar las siguientes reacciones: la hemicelulosa se puede solubilizar, se puede separar la lignina, se eliminan los grupos acetilo y la superficie de la biomasa se vuelve más accesible. Como ejemplo (Figura 5.16), el enlace α-1,4 es roto por el agua y el ácido para producir dos unidades de glucosa. Una enzima, la amilasa, también puede promover la reacción. La adición de ácido y temperatura elevada aumenta la velocidad de reacción.
No solo se usa ácido para facilitar la hidrólisis, sino que la deshidratación catalizada por ácido de azúcares puede formar furanos, que pueden descomponerse en ácidos orgánicos como el ácido fórmico y el ácido levulínico. Estos compuestos pueden ser tóxicos para las enzimas que se utilizan en la fermentación del azúcar. Entonces después de la reacción, el ácido residual debe ser neutralizado, y los inhibidores formados o liberados durante el pretratamiento deben reducirse. Dos métodos son usar óxido de calcio (también conocido como overliming) o hidróxido de amonio.
El óxido de calcio es barato, forma yeso durante el proceso y tiene una pérdida de azúcar de ~ 10%, con la necesidad de eliminación y eliminación de subproductos. La reacción se muestra a continuación en la Reacción 1.
Reacción1: CaO + H 2 SO 4 →H 2 O + CaSO 4
La ventaja de usar hidróxido amónico es que se pierde menos azúcar y se generan menos desechos, pero el costo es mayor. La reacción se muestra a continuación en la Reacción 2.
Reacción 2:2NH 4 OH + H 2 SO 4 →2H 2 O + (NH 4) 2 SO 4
Las figuras 5.17a y 5.17b muestran diagramas de proceso de configuraciones típicas y condiciones de reacción para ácido sulfúrico y SO 2.