Removal of lignin from tall oil pitch
Volanen, Tanja (2018)
Diplomityö
2018
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018112749298
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018112749298
Tiivistelmä
The aim of this thesis was to separate lignin from tall oil pitch (TOP). As an introduction, composition and origin of TOP and lignin in TOP are shortly presented. Possible separation methods were screened for lignin removal from different types of bio-oils, as literature about fractionation of tall oil pitch was not available. In addition, analysis methods for lignin are shortly presented.
Separation techniques chosen for the experimental section were precipitation, preparative size-exclusion chromatography (SEC), and membrane filtration. Focus was on precipitation. Also, effect of contacting tall oil pitch with very alkaline and acidic water was tested. The aim in precipitation was to separate lignin from tall oil pitch and evaluate the amount and composition of the precipitate. Effects of temperature, solvent amount and filtration temperature were evaluated. Furthermore, differences in precipitation of two tall oil pitch batches were compared. SEC and membrane experiments were done for preliminary evaluation of potential of the methods. Samples were analyzed by FTIR, UV-Vis, and GPC.
Three n-alkane solvents were used in precipitation. Solvent with longest carbon chain length precipitated the largest fraction of TOP. Lignin content in the precipitate seemed to be highest in experiments in which precipitation and filtration were done at highest investigated temperature of 80 ºC. The amount of precipitate was largest at lowest temperature, 30 ºC. Some lignin was left into supernates, meaning that all lignin was not separated. pH adjusted water did not seem to affect tall oil pitch. In membrane experiments, tall oil pitch was diluted into toluene, but lignin could not be separated by the solvent resistant polydimethyl siloxane membrane that was used. More suitable membrane should be found. In SEC, lignin concentration seemed to be highest in samples with short retention time. Regardless, there seemed to be some lignin in all samples. Separation was not fully achieved but SEC might have potential if the method was developed further. Työn tavoitteena oli erottaa ligniiniä mäntyöljypiestä kirjallisuusosan pohjalta valituilla menetelmillä. Kirjallisuusosan johdantona mäntyöljypien ja siinä olevan ligniinin alkuperä on esitetty lyhyesti. Kirjallisuutta mäntyöljypien fraktioinnista ei löytynyt, joten erotusmenetelmiä kartoitettiin pääasiassa tutkimusten kautta, joissa ligniiniä on poistettu erilaisista bioöljyistä. Lisäksi ligniinin analysoimiseen käytettäviä menetelmiä kartoitettiin lyhyesti.
Kokeellisen osan menetelmiksi valittiin saostus, preparatiivinen kokoekskluusiokromatografia (SEC) ja membraanisuodatus. Pääpaino oli saostuskokeissa. Saostuskokeiden yhteydessä tutkittiin myös mäntyöljypien kontaktoimista happaman ja emäksisen veden kanssa. Saostuskokeiden tavoitteena oli erottaa ligniini mäntyöljypiestä ja arvioida saostuman määrää ja koostumusta. Lämpötilan, liuotinmäärän ja suodatuslämpötilan vaikutuksia saostuman määrään ja koostumukseen vertailtiin. Lisäksi verrattiin kahden eri mäntyöljypikierän eroja saostumisessa. SEC ja membraanikokeet tehtiin menetelmien potentiaalin alustavaksi arvioimiseksi. Analyysimenetelminä käytettiin FTIR:ää, UV-Vis:iä ja GPC:tä.
Saostuskokeissa käytettiin kolmea n-alkaaniliuotinta, joista pitkäketjuisin saosti eniten. Ligniinipitoisin sakka saatiin erotettua kokeissa, joissa saostus ja suodatus tehtiin 80 ºC:ssa. Eniten saostumaa muodostui alhaisimmassa lämpötilassa 30 ºC. Kaikkea ligniiniä ei kuitenkaan saatu erotettua saostuskokeissa. pH -säädetyllä vedellä ei näyttänyt olevan vaikutusta mäntyöljypien koostumukseen. Membraanikokeissa piki laimennettiin tolueeniin, mutta ligniiniä ei saatu erotettua orgaanisille liuottimille tarkoitetulla polydimetyylisiloksaani -membraanilla. Sopivampi membraani tulisi löytää. SEC -kokeissa eniten ligniiniä oli alkupään näytteissä, mutta pieniä määriä myös muissa näytteissä. SEC -erotus ei siis tässä työssä täysin onnistunut, mutta optimoimalla sillä saattaisi olla potentiaalia.
Separation techniques chosen for the experimental section were precipitation, preparative size-exclusion chromatography (SEC), and membrane filtration. Focus was on precipitation. Also, effect of contacting tall oil pitch with very alkaline and acidic water was tested. The aim in precipitation was to separate lignin from tall oil pitch and evaluate the amount and composition of the precipitate. Effects of temperature, solvent amount and filtration temperature were evaluated. Furthermore, differences in precipitation of two tall oil pitch batches were compared. SEC and membrane experiments were done for preliminary evaluation of potential of the methods. Samples were analyzed by FTIR, UV-Vis, and GPC.
Three n-alkane solvents were used in precipitation. Solvent with longest carbon chain length precipitated the largest fraction of TOP. Lignin content in the precipitate seemed to be highest in experiments in which precipitation and filtration were done at highest investigated temperature of 80 ºC. The amount of precipitate was largest at lowest temperature, 30 ºC. Some lignin was left into supernates, meaning that all lignin was not separated. pH adjusted water did not seem to affect tall oil pitch. In membrane experiments, tall oil pitch was diluted into toluene, but lignin could not be separated by the solvent resistant polydimethyl siloxane membrane that was used. More suitable membrane should be found. In SEC, lignin concentration seemed to be highest in samples with short retention time. Regardless, there seemed to be some lignin in all samples. Separation was not fully achieved but SEC might have potential if the method was developed further.
Kokeellisen osan menetelmiksi valittiin saostus, preparatiivinen kokoekskluusiokromatografia (SEC) ja membraanisuodatus. Pääpaino oli saostuskokeissa. Saostuskokeiden yhteydessä tutkittiin myös mäntyöljypien kontaktoimista happaman ja emäksisen veden kanssa. Saostuskokeiden tavoitteena oli erottaa ligniini mäntyöljypiestä ja arvioida saostuman määrää ja koostumusta. Lämpötilan, liuotinmäärän ja suodatuslämpötilan vaikutuksia saostuman määrään ja koostumukseen vertailtiin. Lisäksi verrattiin kahden eri mäntyöljypikierän eroja saostumisessa. SEC ja membraanikokeet tehtiin menetelmien potentiaalin alustavaksi arvioimiseksi. Analyysimenetelminä käytettiin FTIR:ää, UV-Vis:iä ja GPC:tä.
Saostuskokeissa käytettiin kolmea n-alkaaniliuotinta, joista pitkäketjuisin saosti eniten. Ligniinipitoisin sakka saatiin erotettua kokeissa, joissa saostus ja suodatus tehtiin 80 ºC:ssa. Eniten saostumaa muodostui alhaisimmassa lämpötilassa 30 ºC. Kaikkea ligniiniä ei kuitenkaan saatu erotettua saostuskokeissa. pH -säädetyllä vedellä ei näyttänyt olevan vaikutusta mäntyöljypien koostumukseen. Membraanikokeissa piki laimennettiin tolueeniin, mutta ligniiniä ei saatu erotettua orgaanisille liuottimille tarkoitetulla polydimetyylisiloksaani -membraanilla. Sopivampi membraani tulisi löytää. SEC -kokeissa eniten ligniiniä oli alkupään näytteissä, mutta pieniä määriä myös muissa näytteissä. SEC -erotus ei siis tässä työssä täysin onnistunut, mutta optimoimalla sillä saattaisi olla potentiaalia.