5-Hydroksimetyylifurfuraalin ja furfuraalin valmistus biomassasta ultraääniaktivointia hyödyntämällä

Abstract

Lignoselluloosapohjainen biomassa on runsaasti saatavilla oleva raaka-aine, jota saadaan maatalousjätteenä sekä metsä- ja elintarviketeollisuuden sivuvirtoina. Lignoselluloosapohjaisen biomassan kolme pääkomponenttia ovat selluloosa, hemiselluloosa ja ligniini. Selluloosa voidaan hajottaa sen monomeereiksi, glukoosiksi, josta voidaan valmistaa 5-hydroksimetyylifurfuraalia (5-HMF). Hemiselluloosan sisältämistä C5-sokereista, kuten ksyloosista voidaan valmistaa furfuraalia. 5-Hydroksimetyylifurfuraalia ja furfuraalia voidaan hyödyntää monien tuotteiden valmistuksessa, joita tällä hetkellä saadaan öljynjalostuksesta.

Lignoselluloosapohjaisen biomassan konversiossa 5-HMF:ksi ja furfuraaliksi voidaan hyödyntää ultraääniaktivointia. Konversioreaktioissa hyödynnetään ultraäänen yhtä fysikaalista ominaisuutta, akustista kavitaatiota. Tässä tutkielmassa tarkastellaan 5-HMF:n valmistamista ultraääniavusteisesti ionisissa nesteissä ja orgaanisissa liuottimissa. Furfuraalin valmistamisessa ultraäänen vaikutusta tarkastellaan yhdistettynä laimeaan happoon ja Brønsted- ja Lewis-happokatalyytteihin.

Ultraääni on oikein hyödynnettynä konversion ja talouden kannalta tehokas menetelmä. Ultraäänen avulla pystytään muun muassa alentamaan konversioon tarvittavia lämpötiloja. Kemiallisissa reaktioissa, joissa käytetään ultraääntä, täytyy parametrit ja reaktio-olosuhteet optimoida tarkasti, jotta saadaan ultraäänestä talouden ja reaktion kannalta paras hyöty, sillä monet tekijät vaikuttavat reaktion tuloksiin. Tarkasteltujen tutkimusten perusteella merkittäviksi parametreiksi nousi biomassan määrä, ultraäänen taajuus ja teho, ultraäänikäsittelyn kesto sekä lämpötila. Tutkimukset osoittivat, että ultraäänen avulla pystyttiin muun muassa alentamaan konversioon tarvittavia lämpötiloja ja reaktioaikoja.