177362. lajstromszámú szabadalom • Eljárás lignocellulóz-tartalmú növényi anyagok hidrolitikus feldolgozására
3 177362 4 dig az a cél, hogy az egyes alkotórészeket lehetőség szerint természetes formában lehessen elkülöníteni. A cellulózrostok elkülönítésére szolgáló eljárások esetében a lignint a lehető legtökéletesebb mértékben el kell távolítani abból a célból, hogy a rostok pulpként diszpergálhatók legyenek, a rostok között a lehető legnagyob kötési erősséget lehessen elérni és a lehető legminimálisabb fehérítésre legyen szükség. Szarvasmarha etetésére való felhasználás esetén a cellulóz emészthetősége nagy mértékben megjavult, ha maradék lignintartalma 5 súly% alatti. Tekintettel arra, hogy a sejtfalat képező rétegként a lignin és a hemicellulóz körbeveszik a kristályos cellulózrostokat, ezeknek az amorf, viszonylag pórusos anyagoknak kémiai kezelés útján való eltávolítása volt a legtöbb eddig ismert elkülönítési eljárás alapja. Bár a lignin, a hemicellulóz és a polimer jellegű cellulóz-komponensek közötti kémiai kombináció vagy kötés kérdése még nagy mértékben nem tisztázott, bizonyos kísérleti eredmények vagy bizonyítékok arra utalnak, hogy a lignin egy kis része és a hemicellulóz egy része között meghatározott mértékű kötés van. Roppant nagy energiát fordítottak eddig kémiai elkülönítési eljárások kutatására. Ezeknek az eljárásoknak a megvalósítása során azonban szükségszerűen bekövetkezik a lignin és a hemicellulóz modifikációja vagy bomlása, amely anyagok ugyanis készséggel szenvednek változást magas hőmérsékleten és erősen savas vagy lúgos közegben. A kristályos cellulóz is képes jelentős mértékben lebomlani, közelebbről úgy, hogy a megzavart vagy sérült kristályhelyeken a polimerláncok felszakadnak. Az eddig ismertté vált savkatalizált eljárásokkal elkülönített rostok mindig tartalmaznak fel nem oldott lignint és hemicellulózt, miáltal szükségessé válik további kezelésük bázikus oldatokkal és/vagy fehérítésük. E kezelések eredményeképpen viszont a cellulóz további bomlást szenved. A szerves oldószerek és különböző katalizátorok alkalmazása mellett kémiai utón végzett papírpép-előállításra ismert nagy számú módszer történeti áttekintését adja Brounstein, C.J. „A Review of Lesser—Known Pulping Methods című cikke, amely a Pulp and Paper Magazine of Canada című folyóirat 1952. januári számában jelent meg. Papírpép előállításához hasznosítható szerves oldószerrendszereket ismertetnek a 3 585 104, 2 959 900 és a 4 003 702 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásokban is. A cellulózrostok elkülönítésére szerves oldószereket alkalmazó ismert eljárásokhoz képest a találmány szerinti eljárás azzal nyújt többet, hogy egy szerves oldószer és víz olyan optimális kombinációját hasznosítja, amely kiválóan alkalmas a lignocellulózba való penetrálásra, a hemicellulóz és a lignin oldására, illetve egy megfelelően megválasztott savas katalizátorhoz, annak hordozóanyagaként, továbbá ez a savtartalmú kombináció kiválóan alkalmas a lignin és a hemicellulóz gyors hidrolizálására, illetve hidrolízistermékek oldására, miáltal nagyon erős cellulóz rostok válnak szabaddá. Azt találtuk továbbá, hogy ha a kombinációban alkalmazott szerves oldószer egy olyan illékony vízoldható folyadék, amelynek oldhatósági paramétere 10 és 13 közötti tartományba esik, illetve amely egy rövidszénláncú alifás alkohol vagy egy rövidszénláncú alifás keton, továbbá ha a 0,43—2,33 :1 arányban vízzel képzett találmány szerinti oldószerrendszer pH-ja — egy megfelelően megválasztott hidrolizáló hatású savas katalizátor egy adott mennyiségének hozzáadása után — 1,7 és 3,5 közötti, akkor az ilyen oldószerrendszer gyorsan behatol a lignocellulózba, és megemelt hőmérsékleteken a lignint és a hemicellulózt monomer áf!> -t" bomlástermékeivé alakúja anélkül, hogy a c 'stok polimerizációs fokát lényegesen csökken«... , lignin- és cukormentesítés nagyja tehát bármilyen mértékig végrehajtható a hőkezelési, illetve főzési idő megfelelő megválasztásával, illetve növelésével. Ez a főzési idő lehet akár csupán 3—5 perc (például a rezgő Polulus trichocarpa nyárfából a cellulózrostok elkülönítésére ez a főzési idő is elegendőnek bizonyulhat), de lehet akár egy óra vagy ennél több is a faanyag olyan mértékű oldása céljából, hogy a szilárd maradék mindössze 1 súly% legyen. Kemény faanyagok, lágy faanyagok és mezőgazdasági eredetű lignocellulóztartalmú anyagok, például szalma, bagassz, fűfélék és bambusz oldott cukrokat és lignint tartalmazó folyadékkal mint diszpergáló közeggel gyorsan rost-diszperzióvá alakíthatók mintegy 180 °C és 200 °C közötti hőmérsékleten etanollal vagy acetonnal mint szerves oldószerrel és sósavval vagy oxálsawal mint a találmány szerinti oldószerrendszerben oldódó savas katalizátorral végzett főzés hatására, de miként azt a későbbiekben még részletesen ki fogjuk fejteni, más oldószerek és a savas katalizátorok is felhasználhatók a találmány értelmében cellulózrostok hatékony elkülönítésére. A találmány szerinti eljárás kidolgozása során tehát egyrészt olyan főző folyadék megtalálására törekedtünk, amely lehetővé teszi a cellulózrostok lehető leggyorsabb elkülönítését viszonylag érintetlen, azaz lebomlatlan állapotban. E főző folyadék megalkotásakor további szempontként kellett figyelembe vennünk, hogy lehetőleg olcsó és ugyanakkor keringtethető legyen a cellulózrostok papírpépként való szakaszos vagy folyamatos kinyerése esetén, továbbá elkülöníthetők legyenek belőle a benne oldódott ligmn és nagy tisztaságú cukrok. Még további szempontként igyekeztünk figyelembe venni azt, hogy a f"zó folyadék felhasználható legyen akár cellulczrcs* - elkülönítésére, akár lignocellulóz tetszőleges mértékű elcukrosítására, beleértve a faanyag csak,'..- a «e^es feloldását is, A találmány egyéb cébai, illetve a találmány szerinti eljárás kidolgozása során figyelembe vett további szempontok a leírás további részéből — ahol az alkalmazható oldószerrendszert, az előállítható komponensek körét, továbbá a változtatható eljárási Daramétereket és <» találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmazható berendezést fogjuk ismertetni - kivehetők. A találmány /rbt megértését szolgálják a csatolt ábrák is, amelyekre az alábbiakban röviden utalunk. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
