Sustainable keratin recovery process using a bio-based ionic liquid aqueous solution and its techno-economic assessment

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resumo

Keratin is a biopolymer with high potential for biomaterial production, being principally investigated in hydrogel and film forms for use in tissue-engineering applications. Aiming to find sustainable solvents and develop an efficient keratin recovery process, this work used an aqueous solution of bio-based ionic liquid (IL) for the dissolution of chicken feathers. Complete dissolution of chicken feathers in an aqueous solution of cholinium acetate ([N111(2OH)][C1CO2]) was conducted at a solid : liquid weight ratio of 1 : 20 w/w, 100 degrees C for 4 h. An experimental design was carried out to optimize the keratin recovery conditions, investigating coagulant solvent, solution : coagulant weight ratio, and time. Under the optimal conditions (20.25 wt% of ethanol in water, 5 h, and solution : coagulant ratio of 1 : 1.45 w/w), 93 wt% of keratin was recovered. The IL was shown to be reusable in four successive cycles, with a yield of around 95 wt% and no significant losses in the efficiency of keratin recovery. These results demonstrate that an aqueous solution of [N111(2OH)][C1CO2] can lead to effective keratin recovery, serving as the basis for the development of a more effective and environmentally friendly process to recover biopolymers from waste. Due to the relevance of the developed process, techno-economic assessment through a comprehensive sensitivity analysis was carried out, evaluating a virtual operating biorefinery and showing a pathway that can enable the commercialization of produced keratin by the developed process. According to the process simulation, the minimum selling price for keratin is 22 $ per kg, with a small positive CO2 emission (4.04 kgCO2 kgkeratin-1), making this process suitable for biomedical and cosmetic applications.

palavras-chave

CHICKEN FEATHERS; WOOL KERATIN; DISSOLUTION; FILMS; VALORISATION; EXTRACTION; FIBERS; GREEN

categoria

Chemistry; Science & Technology - Other Topics

autores

Polesca, C; Al Ghatta, A; Passos, H; Coutinho, JAP; Hallett, JP; Freire, MG

nossos autores

foto Cariny Polesca

Cariny Polesca

Estudante de doutoramento
foto Helena Isabel Sousa Passos

Helena Isabel Sousa Passos

Investigador Júnior
foto João Manuel Costa Araújo Pereira Coutinho

João Manuel Costa Araújo Pereira Coutinho

Diretor
foto Mara Guadalupe Freire Martins

Mara Guadalupe Freire Martins

Investigador Coordenador

Grupos

G4 - Materiais Renováveis e Economia Circular
G5 - Materiais Biomiméticos, Biológicos e Vivos

Projectos

CICECO - Aveiro Institute of Materials (UIDB/50011/2020)

CICECO - Aveiro Institute of Materials (UIDP/50011/2020)

Associated Laboratory CICECO-Aveiro Institute of Materials (LA/P/0006/2020)

Collaboratory for Emerging Technologies, CoLab (EMERGING TECHNOLOGIES)

agradecimentos

This work was developed within the scope of the project CICECO-Aveiro Institute of Materials, UIDB/50011/2020, UIDP/50011/2020 & LA/P/0006/2020, financed by national funds through the FCT/MCTES (PIDDAC). C. Polesca acknowledges FCT - Fundacao para a Ciencia e a Tecnologia for the Ph.D. grant with the reference UI/BD/151282/2021. H. Passos acknowledges FCT, I.P., for the researcher contract CEECIND/00831/2017, under the Scientific Employment Stimulus-Individual Call, 2017.

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Detalhes da Publicação

tipo
Journal Article
ano
2023
revista
GREEN CHEMISTRY
volume
25
editora
ROYAL SOC CHEMISTRY
issn
1463-9262
10
identificador de objeto digital
10.1039/d3gc00850a
identificador web of science
WOS:000980186300001

Métricas da Revista (JCR 2019)

Journal Impact Factor
9.48
Journal Impact Factor (5 yrs)
9.707
category normalized journal percentile
92.662

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