Vehnänkorren delignifiointi DES-käsittelyillä ja jatkojalostus nanoselluloosaksi

Abstract

Laadukkaan nanoselluloosan valmistus vaatii selluloosakuitujen delignifioinnin, joka on perinteisesti toteutettu emäksisissä olosuhteissa. Nanosellun fibrilloinnissa esikäsittely mekaanista hajotusta varten on tehty emäksen tai hapon aiheuttamalla hydrolyysillä tai selluloosaa hajottavilla entsyymeillä, minkä seurauksena kuituseinämän rakenne löystyy. Maatalouden jätejakeiden eli vehnänkorren kaltaisten nonwood-massojen hankala käytettävyys perinteisessä sellunkeittoprosessissa luo tarpeen uudenlaiselle delignifiointiprosessille. Suhteellisen uudet DES-liuokset eli syväeutektiset liuottimet ovat mahdollisesti ratkaisu puhtaamman ligniinijakeen saantiin nonwood-massoista ja ligniinin poistoon viljelykasvien jätejakeista ympäristöystävällisesti ja halvasti. Työssä käytetty vehnänkorsi on hyvin yleistä nonwood-kuitua, jonka pitäisi olla tulevaisuudessa käytetyin nanoselluloosan raaka-aine. Nonwood-biomassaa saadaan maatalousjätteenä, joten se on halpaa ja runsasta eikä vie tuotantoa pois hyöty- ja ruokakasveilta.

Työssä tutkittiin eri luonnonhapoista muodostettujen DES-liuosten tehokkuutta ja soveltuvuutta vehnänkorren delignifiointiin ja nanoselluloosan valmistukseen. Vehnänkortta sekoitettiin DES-liuoksessa ja lämmitettiin öljyhauteessa eri lämpötiloissa sekä ajoissa, jonka jälkeen kiinteä massa erotettiin liuottimesta sentrifugoimalla ja suodattamalla. Lopuksi ligniinikin pyrittiin erottamaan DES-liuoksesta. Tuloksia analysoitiin gravimetrisesti punnitsemalla vehnänkorren massa ennen käsittelyä ja sen jälkeen. Myös erotetun ligniinin massa punnittiin.

Tulosten perusteella sekä aika että lämpötila vaikuttivat vahvasti jäännösmassan määrään ja eri hapoista valmistetut DES-liuokset tehosivat vaihtelevin määrin. Lyhyessä ajassa lämpötilalla oli eniten merkitystä. Mitä suurempi lämpötila ja mitä pitempi keittoaika, sitä parempi delignifiointi saatiin aikaiseksi.

Gravimetrinen analyysi ei ole riittävän hyvä metodi luotettavien tulosten saamiseksi, joten jatkotutkimuksissa pitäisi mitata liuotettujen massojen selluloosapitoisuus. Lisäksi jatkossa tulisi testata laajempi valikoima eri DES-liuoksia.