Ultraäänen käyttö ligniinin ja hemiselluloosan erotuksessa puu-uutteesta

Abstract

Puusta valmistetussa puu-uutteessa on puun polymeerejä, ligniiniä ja hemiselluloosaa, joiden käyttöä halutaan lisätä biojalostamoissa. Polymeerit tulisi erottaa mahdollisimman puhtaasti jatkojalostusta varten. Erotus voidaan tehdä ultrasuodatuksella. Puu-uutetta pitää kuitenkin esikäsitellä, sillä polymeerit ovat lähes samankokoisia. Ultraäänikäsittelyn on osoitettu kasvattavan ligniinin moolimassaa, jolloin myös erotus parantuisi. Ultraäänikäsittely on aikaisemmin käytettyihin esikäsittelymenetelmiin verrattuna ympäristöystävällisempi, sillä sen käytössä ei tarvita erillisiä kemikaaleja. Tämän työn tavoitteena oli selvittää, kuinka ultraäänikäsittely vaikuttaa ligniinin ja hemiselluloosan erotukseen PHWE-puu-uutteesta. Näytteen pH säädettiin emäksiseksi, näyte ultraäänikäsiteltiin eri koeolosuhteissa ja ultrasuodatettiin. Ultraäänikäsiteltyä näytettä verrattiin käsittelemättömään referenssinäytteeseen. Näytteet analysoitiin UV- ja TOC-analyyseillä konsentraattien ligniini- ja hiilipitoisuuksien selvittämiseksi. Lisäksi tarkasteltiin suodatusprosessin parametreja. Tulosten perusteella ultraäänikäsittely paransi ligniinin ja hemiselluloosan erotusta erilleen. Erotus parani eniten pH 12 -näytteessä, joka ultraäänikäsiteltiin 65 °C lämpötilassa, 45 minuutin ajan laiteteholla 175 W.

In wood extract there are wood’s polymers, lignin and hemicellulose, whose use to be increased in biorefineries. Polymers must be separated purely to refine new products. Ultrafiltration can be used as a separation method. Wood extract must be pretreated first, because polymers are almost the same size. It is shown that sonification increases the molecular mass of lignin remarkably. Thus, the separation would also improve. Sonification is environmentally friendlier than the other earlier used pretreatment methods, because no separate chemical is needed in the process. The aim of this study was to find out, how the sonification affects the separation of lignin and hemicellulose in PHWE wood extract. The pH of the sample was changed to alkaline, the sample was sonificated in different test conditions and ultrafiltrated. The sonificated sample was compared to reference sample, which was not sonificated. The samples were analyzed with UV- and TOC-analysis to find out the lignin and carbon content in concentrate. In addition, the parameters of filtration process were examined. According to the results, sonification improved the separation. The best result was in pH 12 sample, which was sonificated in temperature 65 °C for 45 minutes with power 175 W.