177362. lajstromszámú szabadalom • Eljárás lignocellulóz-tartalmú növényi anyagok hidrolitikus feldolgozására
15 177362 16 sát kívánjuk, de ugyanakkor a glükán hidrolízise nem kívánatos, akkor egy, erre a célra alkalmas vízoldható illékony szerves oldószert, például metanolt, etanolt, n-propanolt, izopropanolt, butanolt, acetont, metil-etil-ketont, dioxánt vagy piridint, továbbá 0,025 és 0,05 mólnyi mennyiségekben egy gyenge savat, például maleinsavat, oxálsavat, L-almasavat, borostyánkősavat, o-ftálsavat, nikotinsavat vagy trifluorecetsavat használunk, miáltal jó minőségű, magasabb polimerizációs fokú rostokból álló pulpot kapunk. Alternatív módon eljárhatunk úgy is, hogy egy semleges sójával alkotott ke ve rácé formájában pufferolt erős savat használunk olyan mennyiségben, hogy az oldószerelegy pH-ja 2,2 körüli vagy ennél kisebb legyen. Ebben az esetben is nagy polimerizációs fokú cellulózrostokat különíthetünk el. Az oldószerelegy által oldott lignint szennyezetten állapotban kinyerhetjük az anyalúgból kicsapás útján az illékony komponensek ledesztillálását követően, amikor cukormentes, illetve olyan állapotú lignint kapunk, amely oldható szokásos szerves oldószerekben, például acetonban, etanolban, dioxánban, piridinben, dimetil-szulfoxidban, methyl-cellosolve-ban és tctrahidrofuránban. Az anyalúgból, illetve a főző-folyadékból az oldott szénhidrátok - amelyek monomerként vannak jelen könnyen kinyerhetők és tovább feldolgozhatok például fermentálás, dehidratálás, redukálás vagy hidrogénezés útján. Az oldószere légynek a glükánra kifejtett elcukrosító hatása megfigyelésünk szerint elsőrendű kinetikájú reakció, 200 °C-on végzett főzéskor 5 perces időintervallumokban mintegy 5-10%-nyi glükózt adva. A következőkben ismertetésre kerülő kiviteli példákban - amelyek specifikus főzési eljárásokat ismertetnek - a főzési időnek és a hőmérsékletnek a termékkihozatalra kifejtett hatását részletesebben ki fogjuk fejteni. Az elérni kívánt kihozataltól függően a különböző főzési eljárások esetén az előnyös hőmérséklet- és időértékek megállapításakor olyan vezérelveket kell követni, amely a lignoceilulóz komponensek hidrolízisén alapul. így például különböző termékek kinyerése céljából közelítőleg a következő végpontokat kell betartani: hemicellulóz extrahálása esetén: 3-5 percen át 165 180°C-on gyenge savval vagy sav-só keverékkel végzett főzés (termékként ebben az esetben lignin-oldatot, alacsony lignintartalmú papírpépet és hemicellulóz cukrokat kapunk), igen jó minőségű cellulózrost-pulp kinyerése esetén: 8—13 percen át 200°C-on gyenge savval vagy sav-só keverékkel végzett főzés (termékként igen jó minőségű cellulózrost-pulpot, lignin-oldatot, xilózt, mannózt. valamint redukáló cukrokat kapunk), mikrokristályos maradék kinyerése esetén: további 5 perccel hosszabb időn át 200 °C-on erős savval végzett főzés (termékként alacsony lignintartaimú és kis polimerizációs fokú pulpot, lignin-oldatot és redukáló cukrokat kapunk), és teljes elcukrosítás esetén: további 4—10 perccel hosszabb időn át 200 °C-on erős savval végzett főzés (termékként furfurolt vagy hidroximetil-furfurolt, szerves savakat és metanolt, illetve szilárd maradékot kapunk). Itt utalhatunk az 1. ábrára, ahol bemutatjuk a lignocellulóz fokozatos lebomlását, illetve az egyes változatokkal kapott termékek elkülönítésének módját. A találmányt tehát közelebbről az alábbi kiviteli példákkal kívánjuk megvilágítani. 1. példa Ebben a példában, illetve a példához tartozó IV. táblázatban azt kívánjuk bemutatni, hogy savtartalmú, vízből és szerves oldószerből álló oldószerelegyek a feldolgozandó anyagból milyen komponenseket képesek kioldani. Közelebbről etanolból, vízből és savból, illetve acetonból, vízből és savból álló keverékeknek rezgő nyárfára és vörösfenyőre (Pseudotsuga menziessi) kifejtett hatását vizsgáljuk. Egyenként 100-100 g faforgácsból álló négy • sarzsot készítünk elő, mindegyik sarzsot a kísértet végrehajtására szolgáló főzőüstökbe betáplálva 1200-1200 ml főző-folyadékkal együtt. A főző-folyadék 1 : 1 térfogatarányban vizet és egy szerves oldószert tartalmaz, mégpedig két kísérlethez víz és etanol elegy ét, további két kísérlethez pedig víz és aceton elegyét használjuk. Mindegyik főző-folyadék 0,07 súly% hidrogén-kloridot tartalmaz. A savat a szerves oldószerrel való összekeverés előtt megfelelő mennyiségben vett vízhez adagoljuk, és a keveréskor fellépő térfogatcsökkenés ellensúlyozásaképpen a végső savkoncentrációt 1 :1 arányú oldószereleggyel állítjuk be. A táblázatban jelzett időpontokban a főzőüstökben uralkodó nyomás csökkentése nélkül a főzőüstök tartalmából mintákat veszünk, majd a mintákat elemzésnek vetjük alá. A kapott eredményeket a IV. táblázatban adjuk meg. A táblázat adatai egyértelműen igazolják, hogy a vízből, acetonból és hidrogén-kloridból álló keverék oldóképessége igen nagy, a vörösfenyő - egyébként nehezen feldolgozható fafajta - teljes elpépesítéséhez csak 20 percre van szüksége e keverék alkalmazása esetén. Ha a főző-folyadékban a szerves oldószer etanol, akkor a pulp hozama 24% alá nem csökken még olyan hosszú főzési idő esetén sem, mint a 60 perc. A táblázatban megadott időértékek magukba foglalnak egy olyan, 5 percen át tartó szakaszt, amelynek során impregnálás és korlátozott hidrolízis megy végbe, ugyanis ezen idő alatt történik meg.a reakcióbomba típusú főzőedény tartalmának a kívánt hőmérsékletre való felmelegítése 200 °C-os glicerinfürdőben. 2. példa A savkoncentrációnak és a sav reakcióképességének (agresszivitásának) hatását 200 °C-os konstans hőmérsékleten egyetlen fafajtán, mégpedig a rezgő nyárfán korlátozott határok között változó összetételű, vízből és szerves oldószerből álló oldószerelegyekkel vizsgáljuk, mindegyik hidrogén-klori-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 8
