A reaction–diffusion kinetic model for the heterogeneous N-deacetylation step in chitin material conversion to chitosan in catalytic alkaline solutions

文献情報

出版日 2018-10-02
DOI 10.1039/C8RE00170G
インパクトファクター 4.239
著者

Bojana Bradić, David Bajec, Andrej Pohar, Uroš Novak, Blaž Likozar


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要旨

This conversion study provides a new mechanistic insight into the modelling of the heterogeneous N-deacetylation step of α-chitin, obtained from waste crustacean shells, using a catalytic alkaline solution at different operating temperatures (25–80 °C) and concentrations (50–80 wt%). Transient particle-size distributions for two separate experiments with smaller powder or larger flake morphologies were obtained by applying an inline tracking system. The degree of deacetylation (DDA), polymer molecular mass and viscosity of the deacetylated raw resource were continuously monitored with time until the maximum DDA was reached. The mechanism of the conversion of an average biopolymer chain was described with a reaction–diffusion kinetic model, solved for all fraction intervals, and optimised. The effective diffusivity coefficient was estimated with regression analysis; the geometry of the particles was approximated as having spherical dimensions, and material isotropy was presumed. A second-order reaction process took place, since the content of the dissolved hydroxyl ions inside the pores was not considered constant. Additionally, several analytical tools such as scanning electron microscopy (SEM) was employed as well as specific porosity measurements to get a deeper phenomenological understanding of the material's morphological transformation. The selected mathematical relationship granted a relatively good agreement for the cumulative experimental data by regarding the kinetics in the initial consumption phase, as well as the subsequent transport resistance for OH−. The developed descriptive approach, together with online measuring methods, could enable a more comprehensive option for commercial productivity increase, as well as unit operations scale-up.

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掲載誌

Reaction Chemistry & Engineering

Reaction Chemistry & Engineering
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Reaction Chemistry & Engineering is an interdisciplinary journal reporting cutting-edge research focused on enhancing the understanding and efficiency of reactions. Reaction engineering leverages the interface where fundamental molecular chemistry meets chemical engineering and technology. Challenges in chemistry can be overcome by the application of new technologies, while engineers may find improved solutions for process development from the latest developments in reaction chemistry. Reaction Chemistry & Engineering is a unique forum for researchers whose interests span the broad areas of chemical engineering and chemical sciences to come together in solving problems of importance to wider society. All papers should be written to be approachable by readers across the engineering and chemical sciences. Papers that consider multiple scales, from the laboratory up to and including plant scale, are particularly encouraged.

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