신기술: 용염수합물 비용해 예비처리 섬유소 기술

중국과학원 청도생물에너지와 과정연구소 최구 연구원이 이끄는 대사물팀학 연구팀은 절강이공대학 당연군 교수와 협력하여 저에너지 소모, 녹색 효율적인 용염수합물 비용해 예비처리 섬유소 기술을 혁신적으로 구축했다.이 기술은 실온에서 효율적으로 섬유를 분해하여 섬유소의 진일보한 당화와 기능성 이용에 기반을 다질 수 있다.

녹색 식물의 광합성 작용으로 인해 발생하는 섬유소는 생물 연료, 생물 기재 또는 생물 기화학품으로 전환될 수 있다.천연 재생 가능한 탄소 마이너스 자원으로서 섬유소의 응용 전망이 넓다.한편, 천연 섬유소는 고결정의 초분자 구조를 가지고 높은 비율의 질서정연하고 치밀한 섬유소 I형 결정 구조로 인해 수해와 기능성 변성의 효율이 비교적 낮고 섬유소의 효과적인 이용을 제한한다.

이를 위해 청결성, 저에너지 소모의 효율적인 예처리 기술을 개발하여 섬유소의 치밀한 구조를 깨뜨리고 전환과 이용 효율을 높여야 한다.에너지 소모가 높은 물리법 예처리와 시효성이 상대적으로 낮은 생물법 예처리에 비해 화학법 예처리가 더욱 효율적이고 특히 순환적으로 이용할 수 있는 녹색용제 체계의 사용이 그렇다.

용염수합물(MSH)은 녹색 효율적인 섬유소 용제로 이미 섬유소의 용해, 촉매 당화와 전환 등에 사용되었다.그 중에서 삼수합 브롬화 리튬(LBTH) 용해 섬유소는 비교적 높은 온도(>100oC)를 필요로 하고 온도가 높을수록 섬유소의 분해를 초래하기 쉬우므로 LBTH의 회수와 정제 원가를 증가시키고 작업 과정의 복잡성을 증가시킨다.만약 섬유소의 강해와 용해를 피하는 상황에서 섬유소에 대한 효율적인 해체를 실현할 수 있다면 고액 분리와 용제의 회수와 회수에 더욱 유리할 것이다.그러나 LBTH가 섬유소의 결정 구조를 온화한 조건에서 해리할 수 있는지, 어느 정도까지 해리할 수 있는지는 과거 문헌에 보도되지 않았다.

연구에 따르면 LBTH 실온처리 마이크로셀룰로오스는 5분이면 원래 치밀한 셀룰로오스 I형 결정 구조를 구조가 비교적 느슨하고 무질서한 무정형 구조로 바꾸고 결정도를 원래의 1/4로 낮출 수 있다.실온 처리 30분, 마이크로 셀룰로오스의 결정 구조를 완전히 해리할 수 있으며, 그 BET는 표면적보다 60배 증가했다.

LBTH 예처리 후 섬유소의 가급성 효소 수해 동력학에 대해 상세한 평가를 했다.실험에 의하면 효소 사용량이 2.5밀리그램 단백질/그램 섬유소, 효소 수해 24시간 조건에서 LBTH 처리 30분 후의 섬유소 효소 수해 전환률은 100%에 가깝고 같은 조건에서 미리 처리되지 않은 섬유소 효소 분해 전환률은 16.7%에 불과했다.

그 밖에 시스템 표징에 의하면 LBTH는 실온에서 신속하고 효율적인 마이크로셀룰로오스 구조를 해리할 수 있고 셀룰로오스를 용해하지 않기 때문에 예처리 후의 고액 분리와 용제의 회수와 회수에 유리하다.연구에서도 LBTH는 거의 완전히 회수할 수 있고 섬유소의 강해가 없기 때문에 용제의 회수는 복잡한 정제가 필요 없고 회수 효과도 회수 횟수의 영향을 받지 않으며 전체 공정 과정이 청결하고 효율적이라는 것을 증명했다.

관련 연구 성과는 탄수화물 폴리머(Carbohydrate Polymers)에 발표되었다.연구 작업은 국가자연과학기금, 중과원 전략선도과학기술전문, 산동성 자연과학걸출청년기금과 청도에너지소 자주배치기금 등의 지원을 받았다.