Production of hydroxy carboxylic acids from waste cellulosic material
Liikanen, Joonas (2020)
Diplomityö
Liikanen, Joonas
2020
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020062445577
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020062445577
Tiivistelmä
Textile fiber production and market has seen a growth in recent years, with the growing consumption in cheap and easily accessible clothing. As a result, the amount of textile waste generated has increased and there is a need for new textile waste disposal methods. Most common disposal practices cause emissions and ends the product life cycle. Recycling fabric or its components to new use, would extend product lifecycle and would support circular economy.
One of the most common textile fibers is cotton, that is mostly consisted of cellulose. Cellulose degradation in alkali solution is a well-known reaction in pulping industry and in literature. In this thesis, literature-based knowledge on cellulose degradation is utilized to work with cotton fabrics. Pure cellulose and cotton fabrics are tested in suitable degradation conditions, to produce hydroxy carboxylic acids. Main product of the cellulose peeling reaction is glucoisosaccharinic acid, GISA. Textile waste consists of various materials, so also other textile materials such as regenerated cellulose and synthetic fibers are studied trough literature and tests.
This thesis proposes a process to recycle cotton material to chemicals with strong NaOH and high temperature. Pure cellulose is tested to establish suitable conditions that can be utilized for cotton fabrics. Cotton textile is degraded to various carboxylic acids and the product solution is analyzed with HPLC. Cotton behaved at same way as pure cellulose, producing GISA as the key product. These experiments laid a foundation for the process and give a direction for further studies on the topic. Halpojen ja helposti saatavilla olevien vaatteiden kulutus on lisääntynyt viime vuosina. Tämä on kasvattanut tekstiilikuitujen tuotantoa ja markkinoita. Kasvava kulutus on johtanut tekstiilijätteen määrän kasvuun ja yleisimmät hävitystavat aiheuttavat ilmastopäästöjä, joten uusille hävitysmenetelmille on tarvetta. Tekstiilien ja niiden komponenttien kierrätys uuteen käyttöön pidentäisi tuotteen elinkaarta ja tukisi kiertotalouteen siirtymistä.
Yksi yleisimmistä tekstiilikuiduista on puuvilla, joka koostuu pääosin selluloosasta. Selluloosan hajoaminen alkaliliuoksessa on kirjallisuudessa hyvin tunnettu reaktio. Tässä diplomityössä hyödynnetään aikaisemmista tutkimuksista saatua tietoa ja tutkitaan selluloosan sekä puuvillan hajoamista. Puhdasta selluloosaa ja puuvillakankaita testataan hajoamiselle sopivissa olosuhteissa, hydroksikarboksyylihappojen tuottamiseksi. Selluloosan peeling-reaktion päätuote on glukoisosakkariinihappo, GISA. Koska tekstiilijäte koostuu useista materiaaleista, tässä diplomityössä tutkitaan myös muita tekstiilimateriaaleja, kuten regeneroitua selluloosaa ja synteettisiä kuituja.
Tässä diplomityössä esitetään prosessi, jonka avulla puuvillaa voidaan kierrättää kemikaaleiksi. Prosessissa käytetään vahvaa natriumhydroksidia ja korkeaa lämpötilaa. Sopivien olosuhteiden määrittämiseksi kokeita tehdään ensin puhtaalla selluloosalla. Saatuja tuloksia voidaan hyödyntää puuvillatekstiileihin. Puuvilla hajoaa prosessissa karboksyylihapoiksi ja tuoteliuos analysoidaan HPLC-laitteistolla. Tehdyt kokeet luovat perustan tekstiilien alkaaniselle hajoamisprosessille ja antavat suunnan jatkotutkimuksia varten.
One of the most common textile fibers is cotton, that is mostly consisted of cellulose. Cellulose degradation in alkali solution is a well-known reaction in pulping industry and in literature. In this thesis, literature-based knowledge on cellulose degradation is utilized to work with cotton fabrics. Pure cellulose and cotton fabrics are tested in suitable degradation conditions, to produce hydroxy carboxylic acids. Main product of the cellulose peeling reaction is glucoisosaccharinic acid, GISA. Textile waste consists of various materials, so also other textile materials such as regenerated cellulose and synthetic fibers are studied trough literature and tests.
This thesis proposes a process to recycle cotton material to chemicals with strong NaOH and high temperature. Pure cellulose is tested to establish suitable conditions that can be utilized for cotton fabrics. Cotton textile is degraded to various carboxylic acids and the product solution is analyzed with HPLC. Cotton behaved at same way as pure cellulose, producing GISA as the key product. These experiments laid a foundation for the process and give a direction for further studies on the topic.
Yksi yleisimmistä tekstiilikuiduista on puuvilla, joka koostuu pääosin selluloosasta. Selluloosan hajoaminen alkaliliuoksessa on kirjallisuudessa hyvin tunnettu reaktio. Tässä diplomityössä hyödynnetään aikaisemmista tutkimuksista saatua tietoa ja tutkitaan selluloosan sekä puuvillan hajoamista. Puhdasta selluloosaa ja puuvillakankaita testataan hajoamiselle sopivissa olosuhteissa, hydroksikarboksyylihappojen tuottamiseksi. Selluloosan peeling-reaktion päätuote on glukoisosakkariinihappo, GISA. Koska tekstiilijäte koostuu useista materiaaleista, tässä diplomityössä tutkitaan myös muita tekstiilimateriaaleja, kuten regeneroitua selluloosaa ja synteettisiä kuituja.
Tässä diplomityössä esitetään prosessi, jonka avulla puuvillaa voidaan kierrättää kemikaaleiksi. Prosessissa käytetään vahvaa natriumhydroksidia ja korkeaa lämpötilaa. Sopivien olosuhteiden määrittämiseksi kokeita tehdään ensin puhtaalla selluloosalla. Saatuja tuloksia voidaan hyödyntää puuvillatekstiileihin. Puuvilla hajoaa prosessissa karboksyylihapoiksi ja tuoteliuos analysoidaan HPLC-laitteistolla. Tehdyt kokeet luovat perustan tekstiilien alkaaniselle hajoamisprosessille ja antavat suunnan jatkotutkimuksia varten.