The deconstruction of renewable biomass feedstocks into soluble sugars at low cost is a critical component of the biochemical conversion of biomass to fuels and chemicals. Providing low cost high concentration sugar syrups with low levels of chemicals and toxic inhibitors, at high process yields is essential for biochemical platform processes using pretreatment and enzymatic hydrolysis. In this work, we utilize a process consisting of deacetylation, followed by mechanical refining in a disc refiner (DDR) for the conversion of renewable biomass to low cost sugars at high yields and at high concentrations without a conventional chemical pretreatment step. The new process features a low temperature dilute alkaline deacetylation step followed by disc refining under modest levels of energy consumption. The proposed process was demonstrated using a commercial scale Andritz double disc refiner. Disc refined and deacetylated corn stover result in monomeric glucose yields of 78 to 84% and monomeric xylose yields of 71 to 77% after enzymatic hydrolysis at process-relevant solids and enzyme loadings. The glucose and xylose yields of the disc refined substrates in enzymatic hydrolysis are enhanced by 13% and 19%, respectively. Fermentation of the DDR substrates at 20% total solids with Z.mobilis utilized almost all sugars in 20hrs indicating the sugar hydrolyzate produced from the DDR process is highly fermentable due to low levels of chemical contaminants. The ethanol titer and ethanol process yield are approximately 70 g/L and 90% respectively. The proposed new process has been demonstrated using pilot scale deacetylation and disc refiners. The deacetylated and disc refined corn stover was rapidly deconstructed to monomeric sugars at 20% wt solids with enzymatic hydrolysis. High process sugar conversions were achieved, with high concentrations of monomeric sugars that exceeded 150 g/L. The sugar syrups produced were found to have low concentrations of known major fermentation inhibitors: acetic acid, furfural and HMF. The low levels of these fermentation inhibitors lead to high fermentation yields. The results suggest that this process is a very promising development for the nascent cellulosic biofuels industry.

Lignocellulosic biorefineries will produce a substantial pool of lignin-enriched residues, which are currently slated to be burned for heat and power. Going forward, however, valorization strategies for residual solid lignin will be essential to the economic viability of modern biorefineries. To achieve these strategies, effective lignin depolymerization processes will be required that can convert specific lignin-enriched biorefinery substrates into products of sufficient value and market size. Base-catalyzed depolymerization (BCD) of lignin using sodium hydroxide and other basic media has been shown to be an effective depolymerization approach when using technical and isolated lignins relevant to the pulp and paper industry. To gain insights in the application of BCD to lignin-rich, biofuels-relevant residues, here we apply BCD with sodium hydroxide at two catalyst loadings and temperatures of 270, 300, and 330 °C for 40 min to residual biomass from typical and emerging biochemical conversion processes. We obtained mass balances for each fraction from BCD, and characterized the resulting aqueous and solid residues using gel permeation chromatography, NMR, and GC–MS. When taken together, these results indicate that a significant fraction (45–78%) of the starting lignin-rich material can be depolymerized to low molecular weight, water-soluble species. The yield of the aqueous soluble fraction depends significantly on biomass processing method used prior to BCD. Namely, dilute acid pretreatment results in lower water-soluble yields compared to biomass processing that involves no acid pretreatment. Also, we find that the BCD product selectivity can be tuned with temperature to give higher yields of methoxyphenols at lower temperature, and a higher relative content of benzenediols with a greater extent of alkylation on the aromatic rings at higher temperature. Overall, this study shows that residual, lignin-rich biomass produced from conventional and emerging biochemical conversion processes can be depolymerized with sodium hydroxide to produce significant yields of low molecular weight aromatics that potentially can be upgraded to fuels or chemicals.

Abstract Feedstock variability represents a challenge in lignocellulosic biorefineries, as it can influence both lignocellulose deconstruction and microbial conversion processes for biofuels and biochemicals production. The impact of feedstock variability on microbial performance remains underexplored, and predictive tools for microbial behaviour are needed to mitigate risks in biorefinery scale‐up. Here, twelve batches of corn stover were deconstructed via deacetylation, mechanical refining, and enzymatic hydrolysis to generate lignin‐rich and sugar streams. These batches and their derived streams were characterised to identify their chemical components, and the streams were used as substrates for producing muconate and butyrate by engineered Pseudomonas putida and wildtype Clostridium tyrobutyricum , respectively. Bacterial performance (growth, product titers, yields, and productivities) differed among the batches, but no strong correlations were identified between feedstock composition and performance. To provide metabolic insights into the origin of these differences, we evaluated the effect of twenty‐three isolated chemical components on these microbes, including three components in relevant bioprocess settings in bioreactors, and we found that growth‐inhibitory concentrations were outside the ranges observed in the streams. Overall, this study generates a foundational dataset on P. putida and C. tyrobutyricum performance to enable future predictive models and underscores their resilience in effectively converting fluctuating lignocellulose‐derived streams into bioproducts.

Urea abatement has been a prominent challenge for UPW production. This research proposed a productive strategy combining pre-chlorination and VUV/UV processes under acidic conditions to settle this problem. This study first revealed the reaction kinetics between urea and free chlorine in a large pH range from 2.5 to 9.6, where the reaction constant rate varied from 0.06 to 0.46 M

Abstract Direct absorption solar collectors use nanofluids to absorb and convert solar radiation. Despite the limitations of the photothermal properties of these nanofluids within the absorption spectrum range, modifying the surface structure of the nanoparticles can broaden their absorption spectrum, thereby significantly improving solar thermal conversion efficiency. This paper utilizes the finite element method to investigate the influence of surface pits on the photothermal properties of plasmonic nanoparticles, considering both material composition and surface micro-nano structures. Based on the findings, a novel TiN nanoparticle is proposed to enhance photothermal performance. This nanoparticle exhibits the lowest average reflectance (0.0145) in the 300-1100 nm wavelength range and the highest light absorption intensity across the solar spectrum, enabling highly efficient solar energy conversion. It not only reduces material costs but also effectively broadens the light absorption spectrum of spherical plasmonic nanoparticles. The distribution of the electric field, magnetic field, and energy field of the nanoparticles indicates that the combination of the "lightning rod" effect and surface plasmon resonance (SPR) significantly enhances both the electric and magnetic fields, thereby increasing the localized heating effect and improving photothermal performance. Additionally, the number and size of the pits have a significant impact on the absorption efficiency ( η abs ) of TiN nanoparticles. When the surface of the nanoparticles has 38 pits, η abs can reach 90%, with the minimum optical penetration depth ( h ) of the nanofluid being 7 mm and the minimum volume fraction ( f v ) being 6.95×10 -6 . This study demonstrates that nanoparticles with micro-nano structures have immense potential in solar thermal applications, particularly in the field of direct absorption solar collectors.