Karboksyylihappojen kromatografinen fraktiointi

Abstract

Suurin osa alifaattisista karboksyylihapoista tuotetaan nykyään synteettisesti, mutta öljyn hinnan nousu ja ekologisempi ajattelutapa on aiheuttanut kiinnostusta tuottaa näitä karboksyyli- ja hydroksihappoja jatkossa fermentoimalla tai sellun valmistuksen sivuvirtana syntyvästä mustalipeästä. Nykyään mustalipeä poltetaan sellaisenaan soodakattiloissa keittokemikaalien regeneroimiseksi, energiaksi ja sähköksi. Jatkossa mustalipeästä voisi erottaa arvokkaat orgaaniset hapot ennen polttamista. Saadusta happoseoksesta tulisi erottaa yksittäiset alifaattiset karboksyylihapot toisistaan jatkojalostusta varten. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää, millä kromatografisella erotusmenetelmällä fermentointituotteina ja teollisuuden sivuvirtoina syntyvistä karboksyylihapposeoksista saadaan yksittäiset alifaattiset karboksyylihapot erotettua toisistaan. Mittaukset suoritettiin kolonnilla, jossa hartsipedin halkaisija oli 1,5 cm ja korkeus 15 cm. Kolonnin erototusmateriaaleina kokeiltiin vahvoja ja heikkoja kationinvaihtohartseja, vahvaa anioninvaihtohartsia ja polymeerisiä adsorbentteja. Erotettavaksi happoseokseksi valittiin sitruuna-, viini-, glykoli-, maito- ja etikkahapon seos. Tehokkain erotus saatiin Puroliten valmistamalla Macronet 270:lla, joka on mikrohuokoinen polymeerinen adsorbentti. Macronet 270:lla saatiin erotettua erityisesti viini- ja glykolihappo sitruuna-, maito- ja etikkahaposta. Yksittäisiä happoja ei saatu kuitenkaan kunnolla erotettua. Parhaat koeolosuhteet erotustehokkuuden ja retentioaikojen kannalta saatiin vesieluentin virtausnopeudella 2 mL/min, syöttöpulssin tilavuudella 5 mL ja kolonnin lämpötilassa 75 °C.

Aliphatic carboxylic acids are nowadays produced mostly synthetically but the increasing price of oil and ecological thinking has caused interest in producing these carboxylic and hydroxy acids by fermentation or from the black liquor, which is a side stream of pulping. Currently black liquor is burned as such in recovery boilers to recover cooking chemicals, to gain energy and to generate electricity. In the future valuable organic acids could be separated from the black liquor before burning. Individual aliphatic carboxylic acids should then be separated from the received acid mixture for additional processing. The aim of this bachelor’s thesis is to investigate which chromatographic separation method is viable for the separation of single carboxylic acids from a mixture of acids, gained from fermentation or industrial side streams. Experiments were done in a column, where the diameter of resin bed was 1.5 cm and the height was 15 cm. Strong and weak cation-exchange resins, strong anion-exchange resin and polymeric adsorbents were tested as separation materials in the column. Citric, tartaric, glycolic, lactic and acetic acids were chosen as the acid mixture. The most effective separation was obtained with Purolite’s Macronet 270, which is a microporous polymeric adsorbent. With Macronet 270 especially tartaric and glycolic acids were separated from citric, lactic and acetic acids. However, individual carboxylic acids could not be properly fractioned. Optimum experimental conditions in terms of separation efficiency and retention times were found with water eluent at 2 mL/min flow rate, input pulse of 5 mL and at 75 °C column temperature.