본 연구에서는 탈회분, 탈리그닌의 2단 전처리를 거친 왕겨 고형분의 산 촉매 전환을 통해 레블린산 생산을 최적화하였다. 레블린산 생산 최적화를 위한 비교군으로는 글루코오스, 알파셀룰로오스, 아비셀의 산 촉매 전환을 수행하였다. 실험은 반응 온도(160–200℃), 반응 시간(0–240 min), 촉매로 사용한 황산 농도(1.0–3.0 wt.%), 기질 대 촉매 비율 100 g/L 조건으로 오일배스 반응 시스템에서 회분식 반응기를 사용하여 수행되었다. 글루코오스의 산 전환을 통해서는 레블린산 생산 반응 진행 양상을 확인하고 2단 전처리된 왕겨의 비교군으로는 중합체인 알파셀룰로오스와 아비셀의 산 전환을 통해 리그닌이 없는 셀룰로오스 물질의 산 전환 특성을 확인하였다. 결과적으로 2단 전처리된 왕겨의 산 전환은 반응 온도 180℃, 황산 농도 3.0 wt.%, 그리고 반응 시간 120분에서 44.75%의 레블린산 수율을 확보하였다. 다양한 공정 조건에서 레블린산 수율의 결과값을 통해 반응표면분석법을 이용하여 반응을 최적화 하였으며, 2단 전처리된 왕겨의 레블린산 생산에 대한 논의를 진행하였다.

This study optimized levulinic acid production through acid-catalyzed conversion of two-stage pretreated rice husk solids involving de-ashed and delignification. As comparative substrates for levulinic acid production optimization, acid-catalyzed conversions of glucose, α-cellulose, and avicel were performed. The experiments were conducted in a batch reactor using an oil bath reaction system under the conditions of reaction temperature(160–200℃), reaction time(0–240 min), sulfuric acid concentration(1.0–3.0 wt.%) as the catalyst, and a substrate-to-catalyst ratio of 100 g/L. The acid conversion of glucose was employed to observe the reaction profile of levulinic acid production, while α-cellulose and avicel were used as comparative polymers to examine the acid conversion characteristics of lignin-free cellulose materials against the two-stage pretreated rice husk. Consequently, the acid conversion of the two-stage pretreated rice husk achieved a levulinic acid yield of 44.75% under the conditions of 180℃ reaction temperature, 3.0 wt.% sulfuric acid concentration, and 120 min of reaction time. The results of levulinic acid yield across various process conditions were further analyzed using response surface methodology(RSM) to optimize the reaction, and a detailed discussion on levulinic acid production from the two-stage pretreated rice husk is provided.

Levulinic acid(LA) Lignocellulosic biomass(LCBs) Rice Husk(RH) Pretreatment Acid catalytic conversion