Ajankohtaista

Väitös: 16.12.2016 Uusia menetelmiä selluloosatehtaan sivutuotekemikaalien talteenottoon (Kumar)

Alkamisaika: perjantai 16. joulukuuta 2016, 12.00

Päättymisaika: perjantai 16. joulukuuta 2016, 15.00

Paikka: Ylistönrinne, KEM 4

Hemanathan KumarFM Hemanathan Kumarin soveltavan kemian väitöskirjan ”Novel Concepts on the Recovery of By-products from Alkaline Pulping” tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä professori Adriaan van Heiningen (University of Maine, USA) ja kustoksena professori Raimo Alén (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuus on englanninkielinen. 

Kemiallisen massanvalmistuksen eli sellun valmistuksen yhteydessä syntyy sivutuotteina lisäarvollisia kemikaaleja. Hemanathan Kumar kehitti väitöstutkimuksessaan innovatiivisia prosessikonsepteja, joiden avulla sivutuotteita voidaan ottaa talteen. 

– Edullisten ympäristönäkökohtien lisäksi tulokset avaavat mahdollisuuksia kohentaa Suomen taloutta sellutehtaiden entistä laajemman tuotevalikoiman avulla, Kumar esittää. 

Alkalisessa keitossa saatavan kemiallisen massan ohella raaka-aineesta poistuu mustalipeäksi kutsuttuun keittoliemeen orgaanisia aineita, kuten ligniiniä, alifaattisia karboksyylihappoja ja uuteaineita, joilla on monia potentiaalia käyttökohteita. 

Nykyään mustalipeä poltetaan haihdutuksen ja uuteaineiden erottamisen jälkeen energian ja keittokemikaalien talteenottamiseksi. Uudenaikaisissa massanvalmistusprosesseissa syntyy kuitenkin merkittävästi ylimääräistä energiaa, jolloin mustalipeään liuenneen orgaanisen aineen hyödyntäminen muilla tavoin on tullut entistä kiinnostavammaksi. 

Keittoliemestä biodieseliksi 

Mikäli vuosittain 500 000 tonnia havu- ja koivumassaa tuottavassa tehtaassa tästä liuenneesta orgaanisesta materiaalista 20 % eristetään, saadaan ligniiniä 33 000 tonnia, alifaattisia karboksyylihappoja 30 000 – 40 000 tonnia ja uuteaineita 16 000 tonnia. 

Tutkimus luo uusia näkymiä kehitettäessä alkaliseen sellunvalmistukseen integroituja ja teollista potentiaalia omaavia talteenottoprosesseja. Esitetyissä vaihtoehdoissa on ainefraktioiden eristämisen ohella tutkittu mm. pienimolekyylisten alifaattisten happojen metyyliesterien, ei-ionisten pinta-aktiivisten aineiden, ligniiniperäisten katalyyttien sekä rasvahappojen metyyliesterien eli biodieselin valmistamista. Lisäksi se käsittelee esim. uudelleen prosessissa käytettävän natriumhydroksidin talteenottoa elektrodialyysin avulla. 

Lisätietoja:

Teos on julkaistu sarjassa Department of Chemistry, University of Jyväskylä, Research Report No. 198, 61 s., Jyväskylä 2016, ISSN 0357-346X, ISBN 978-951-39-6852-6 (print)

ISBN 978-951-39-6853-3 (pdf). Luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-6853-3

Abstract

Innovative biorefinery concepts were developed for the separation and utilization of organic materials, especially aliphatic carboxylic acids, lignin, and extractives, which are formed as by-products during wood-based alkaline delignification processes.

The partial recovery of sodium as NaOH and aliphatic carboxylic acids from hardwood soda-AQ black liquor was studied via electrodialysis. The lignin was partly (about 59 % of the initial lignin) precipitated from black liquor by carbonation (pH to about 8.5) followed by electrodialysis or H2SO4 (pH to about 2), with subsequent precipitation of more lignin and the liberation of aliphatic acids. The Na2SO4 formed was successfully separated from the acidified liquor by precipitation with methanol and treated by electrodialysis to recover NaOH and H2SO4 for recycling. The electrodialysis of Na2SO4 was effective and almost 90 % of the sodium was recovered.

Volatile formic and acetic acids were recovered from acidified black liquor (pH about 2) by simple distillation and the recovery of the significant low-molar-mass hydroxy carboxylic acids (glycolic, lactic, and 2-hydroxybutanoic acids) by means of their methyl esters for chemical utilization. The residual high-molar-mass acids (3,4-dideoxy-pentonic, 3-deoxy-pentonic, xyloisosaccharinic, and glucoisosaccharinic acids) present in the form of their lactones were then utilized in the production of surfactants with tall oil fatty acids. The esterification of the model compound α-glucoisosaccharino-1,4-lactone with lauric, oleic, and tall oil fatty acids was studied separately in a microwave reactor in the presence of p-toluenesulfonic acid as a catalyst, and the total yields varied in the range of 40-62 %.

The precipitated lignin obtained by carbonation and acidification with H2SO4 was separated and characterized with Fourier transform infrared, ultraviolet, energy dispersive X-ray fluorescence, and nuclear magnetic resonance spectroscopy. In addition, the molecular weight distributions of these lignin fractions were determined using gel permeation chromatography. The lignin obtained by acidification was employed in synthesis of an acid catalyst. This lignin-based acid catalyst was made by phenol formaldehyde condensation, followed by a sulfonation reaction. The esterification of tall oil fatty acids with methanol was studied in a microwave reactor in the presence of various catalysts, such as lignin-based acid catalyst, p-toluenesulfonic acid, and Amberlyst 15. Compared to other catalysts, the lignin-based acid catalyst showed a good activity, and it also could be easily recycled. 

Keywords: Acidification, Aliphatic carboxylic acids, Black liquor, Carbonation, Electrodialysis, Esters, Glucoisosaccharinic acid, Lignin, Tall oil fatty acids.

Lisätietoja

Hemanathan Kumar
hemanathan.k.kumar@jyu.fi
kuuluu seuraaviin kategorioihin: ,