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Erschienen in: Biomass Conversion and Biorefinery 4/2021

02.09.2019 | Original Article

Kinetic study on the impact of acidity and acid concentration on the formation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF), humins, and levulinic acid in the hydrothermal conversion of fructose

verfasst von: Dennis Jung, Paul Körner, Andrea Kruse

Erschienen in: Biomass Conversion and Biorefinery | Ausgabe 4/2021

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Abstract

In order to optimize the production of biobased platform chemicals, such as 5-hydroxymethylfurfural (HMF) and levulinic acid (LA), from biomass and sugars, reaction conditions have to be optimized. This article assesses the impact of acidity on the kinetic parameters of the hydrothermal conversion of fructose at 150 °C. The reaction parameters were varied in time (5–180 min), acid (NaHSO4, H3PO4, citric acid, and formic acid), and acid concentration (0.016 to 1.6 mol/l). The experimental data were evaluated with a novel kinetic model that includes the formation of HMF, LA, and humins. While it was expected that the dehydration rate of fructose to HMF and rehydration rate of HMF to levulinic acid depend linearly on the proton concentration, the results show that there is actually an exponential relationship. This can be explained by the participation of the acid rest ion in the dehydration and rehydration reactions. In contrast, the humin formation rate depends linearly on the proton concentration, and also, the sensitivity of this relationship is rather low. This clarifies why high acid concentrations or proton concentrations, respectively, increase the formation of LA to an expense of the humin formation.

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Literatur
3.
19.
38.
Zurück zum Zitat Knežević D, Van Swaaij WPM, Kersten SRA (2009) Hydrothermal conversion of biomass: I , glucose conversion in hot compressed water. Ind Eng Chem Res 48:4731–4743CrossRef Knežević D, Van Swaaij WPM, Kersten SRA (2009) Hydrothermal conversion of biomass: I , glucose conversion in hot compressed water. Ind Eng Chem Res 48:4731–4743CrossRef
48.
Zurück zum Zitat Gozan M, Panjaitan JRH, Tristantini D et al (2018) Evaluation of separate and simultaneous kinetic parameters for levulinic acid and furfural production from pretreated palm oil empty fruit bunches. Int J Chem Eng 2018. https://doi.org/10.1155/2018/1920180 Gozan M, Panjaitan JRH, Tristantini D et al (2018) Evaluation of separate and simultaneous kinetic parameters for levulinic acid and furfural production from pretreated palm oil empty fruit bunches. Int J Chem Eng 2018. https://​doi.​org/​10.​1155/​2018/​1920180
Metadaten
Titel
Kinetic study on the impact of acidity and acid concentration on the formation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF), humins, and levulinic acid in the hydrothermal conversion of fructose
verfasst von
Dennis Jung
Paul Körner
Andrea Kruse
Publikationsdatum
02.09.2019
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Biomass Conversion and Biorefinery / Ausgabe 4/2021
Print ISSN: 2190-6815
Elektronische ISSN: 2190-6823
DOI
https://doi.org/10.1007/s13399-019-00507-0

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