PFI-TT: Green Technology for the Cost-effective Production of Renewable Bio-products from Non-food Biomass.
PFI-TT:利用非食品生物质经济高效地生产可再生生物产品的绿色技术。
基本信息
- 批准号:1827625
- 负责人:
- 金额:$ 20万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-08-15 至 2021-01-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The broader impact/commercial potential of this PFI project is to cost-effective production of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) from agricultural residues such as wheat and rice straws, cornstovers and other non-food biomass items. HMF is a critical, versatile and renewable immediate that can be used to produce fuels and a variety of other products such as polymers including polyesters, polyurethanes, polyamides and poly(ethylene-furanoate); binders, adhesives, coatings and foams, some of which have market size in the range of billion lb/yr. The worldwide HMF industrial production is 30 tons/year. It is not produced in any industrial scale because it is not yet an economic viable product. The proposed technology is designed to change that. The catalytic process proposed in this project will be significant avoiding the food-or-fuel dilemma. The solvent used in the process is green and environmental friendly. The polymeric solid acid catalyst is non-toxic and reusable. The project will also train skilled workers for the emerging biorefinary industry. The technology if successful and commercialized could benefit the state of Arkansas in effective utilization of crop residues. This project involves close collaboration with a minority and women-owned industrial partner for commercialization. The proposed project aims to develop cost effective production of HMF using a paradigm shift catalytic membrane reactor to hydrolyze agricultural residues including rice and wheat straws and directly dehydrate hydrolyzed sugars to HMF with high yield and selectivity. HMF will be simultaneously separated from the product stream using size-based customized membranes. One of the keys to success lies in optimizing the polymeric solid acid catalyst that is capable of catalyzing both hydrolysis and dehydration reactions efficiently. The catalytic activity is shown to be tunable by varying the chain length and chain density of the grafted polymers on substrates. The catalyst and its activity are found to be stable over repeated runs. This green technology replaces the currently used highly corrosive sulfuric acid and expensive cellulase enzymes for biomass hydrolysis, as well as becoming a promising catalyst to replace the toxic metal chloride for glucose dehydration to HMF. Another key to success is the design of a catalytic membrane reactor for simultaneous HMF production and separation leading to process intensification and significant cost reduction. The ultimate goal of this project is to convert lignocellulosic biomass to HMF with high yield and high selectivity in an economical and environmental friendly manner.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该PFI项目更广泛的影响/商业潜力是从小麦和稻草,玉米秸秆和其他非食品生物质物品等农业残留物中以具有成本效益的方式生产5-羟甲基糠醛。HMF是一种关键的、多用途的和可再生的中间产物,其可用于生产燃料和各种其他产品,例如聚合物,包括聚酯、聚氨酯、聚酰胺和聚(乙烯-呋喃酸酯);粘合剂、粘合剂、涂料和泡沫,其中一些具有十亿磅/年的市场规模。 全世界HMF的工业产量为30吨/年。它没有以任何工业规模生产,因为它还不是一种经济上可行的产品。这项技术旨在改变这一点。该项目中提出的催化过程对于避免粮食或燃料的困境具有重要意义。该工艺所用溶剂为绿色环保溶剂。聚合物固体酸催化剂无毒且可重复使用。该项目还将为新兴的生物精炼行业培训技术工人。这项技术如果成功并商业化,将有利于阿肯色州有效利用农作物残留物。该项目涉及与一个少数民族和妇女拥有的工业伙伴密切合作,以实现商业化。该项目旨在开发具有成本效益的HMF生产,使用范式转换催化膜反应器水解农业残留物,包括水稻和小麦秸秆,并直接将水解糖转化为HMF,具有高产率和选择性。将使用基于尺寸的定制膜同时从产品流中分离HMF。成功的关键之一在于优化能够有效催化水解和脱水反应的聚合物固体酸催化剂。通过改变接枝聚合物的链长和链密度可以调节催化活性。催化剂及其活性在重复运行中是稳定的。这种绿色技术取代了目前使用的高腐蚀性硫酸和昂贵的纤维素酶用于生物质水解,以及成为一种有前途的催化剂,以取代有毒的金属氯化物用于葡萄糖脱水为HMF。成功的另一个关键是设计用于同时生产和分离HMF的催化膜反应器,从而强化工艺并显着降低成本。该项目的最终目标是以经济和环境友好的方式将木质纤维素生物质转化为高产量和高选择性的HMF。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
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