202938. lajstromszámú szabadalom • Eljárás cellulóz kinyerésére lignintartalmú anyagokból
1 HU 202 938 B 2 Amennyiben a fenti reakciókörülményeket betartjuk, a redoxpotenciál értéke 250-350 mV közé beállítható és a találmány szerinti eljárással például a búzaszalma lignintartalma (kb. 18%) 0%-ra csökkenthető. A fenyőfa-por lignintartalma, amely kb. 28-30%, szintén hasonló értékre csökkenthető. Ez a reakció 2-6 óra alatt, de sok esetben 2 órán belül végbemegy. Ebbe nincs beleszámítva a kiindulási anyag fizikai-kémiaia előkezelése, amelyre különösen fa és egynyári növények esetében van szükség. A redoxpotenciál értékét az adalékanyagok megfelelő arányban való adagolásával magában reakcióedényben állítjuk be, és a megfelelő méréssel és a fenti oxidáló-, redukálóanyagok, és fenol-vegyületek adagolásával a meghatározott értéket a reakció teljes ideje alatt fenntartjuk. Az ily módon beállított redox-rendszer célja, hogy a lignin repolimerizációját megakadályozza. A találmány szerinti biológiai lebomlási elvvel sikerült először olyan lignin-eltávolítási eljárást biztosítani, mely igen rövid idő alatt (2-6 óra), fiziológiás hőmérsékleten (40 *C), nyomás nélkül, csekély menynyiségű vegyi anyag alkalmazásával, gazdaságosan és környezetszennyezés nélkül végzi a lignin lebontását. Az eljárás másik nagy előnye, hogy a cellulóz, illetve cellulózszení anyagok nagy kitermeléssel nyerhetők. Egynyári növények esetében a kitermelés kb. 80% és fa esetében kb. 70%, az előkezelés utáni száraztömegre számolva. A találmány szerinti eljárás során a lebomlási és/vagy átalakítási reakció során egy jelentős fehérítő hatás is fellép, amely lehetővé teszi, hogy kevesebb környezetet károsító fehérítőanyag kerüljön felhasználásra. Fehérítőanyagként ismert anyagokat előnyösen Na-hipokloridot alkalmazunk. A találmány szerinti eljárás ily módon fehérítő- vagy utófehérítő eljárásként is alkalmazható különböző folyamatok esetében. így például alkalmazható a cellulózipar szennyvizeinek biológiai fehérítésére és/vagy biológiai kezelésére. Különösen előnyösen alkalmazható az eljárás olyan helyeken, ahol a szennyvizek színtelenítésére vagy méregtelenítésére van szükség. A találmány szerinti eljárás másik nagy előnye, hogy folyamatos üzemmódban is alkalmazható. Különösen gazdaságosan járuk el, ha a felhasznált enzimet ismételten a reakciórendszerbe visszavezetjük. Ezt affinitásos kromatográfia segítségével végezhetjük és úgy járunk el, hogy a reakció végbemenetele után az enzimet egy elválasztó oszlopra vezetjük, ott affínitásos kromatográfiával tisztítjuk, majd a nyert tisztított enzimet a reakciófolyamatba visszavezetjük. A találmány szerinti eljárást egy olyan berendezéssel végezzük, amely egy reaktorból, egy a mikroorganizmusok vagy enzimek adagolására alkalmas készülékből, egy, az oxidálószerek, redukálószerek, fenolos vegyületek adagolására alkalmas szerkezetből, az átalakult nyersanyag elvezetésére alkalmas levezetőből, az elhasználódott oxidálószer, redukálószer, fenolos vegyület, enzimek, mikroorganizmusok elvezetésére alkalmas levezetőből, az oldott és feloldatlan anyagok elválasztására alkalmas szerkezetből, affinitásos kromatografáló oszlopból, amelynek segítségével a ligninlebomláshoz alkalmazott enzimek regenerálhatók, valamint az így regenerált enzimek visszavezetésére alkalmas szerkezetből áll. Az oldott és feloldatlan anyagok elválasztására például szűrőket vagy betöményítő készülékeket alkalmazunk. A következőkben az ábra jelöléseire való hivatkozással a berendezést közelebbről ismertetjük. A 7 bevezetőn keresztül adagoljuk az enzimeket vagy mikroorganizmusokat a 1 reaktorba. Az enzimek vagy mikroorganizmusok adott esetben immobilizáltak is lehetnek. Az immobilizáláshoz általánosan ismert töltő vagy hordozóanyagokat alkalmazhatunk. A 4 bevezetőn át adagoljuk az oxidáló- vagy redukálószereket és a fenolos vegyületeket. Az adagolás mértékét a mindenkori redoxpotenciál értéknek megfelelően szabályozzuk. Erre a célra a 1 reaktor egy redoxelektróddal van felszerelve (az ábrán nem látható), amelynek segítségével a redoxpotenciál értéke meghatározható és állandó értéken tartható a reakció lefutása alatt szükséges adalékanyagokat egy szabályozó berendezés segítségével adagoljuk. A 7 bevezetőn keresztül adagoljuk a nyersanyagot is. Nyersanyagként bármely ismert lignintartalmú nyersanyag felhasználható, előnyösen kémiailag és/vagy fizikailag előkezelt szalmát vagy fát alkalmazunk, de lignintartalmú szennylúgok vagy szennyvizek is beadagolhatók. A 1 reaktorban a lignint lignolitikus enzimek vagy mikroorganizmusok segítségével bontjuk le. Enzimként előnyösen Phanerochaete chrysosporium gombából származó enzimet alkalmazunk. Mikroorganizmusként különösen celluláz- és hemicelluláz-mentes mutánsok alkalmazhatók, elő-nyösen a Phanerocheate chrysosporium mutánsát alkalmazzuk. A lignin lebomlásának befejeződése után az átalakulatlan nyersanyagot a fel nem használt kemikáliákkal, mikroorganizmusokkal és enzimekkel együtt a 8 lefolyón át eresztjük le. Az anyagkeveréket a 3 szűrőre vezetjük, ahol az oldott és fel nem oldott anyagokat egymástól elválasztjuk. Az enzimtartalmú anyagokat az 2 affinitásos kromatografáló oszlopra vezetjük, amelyen az enzimet tisztítással ismételt felhasználásra alkalmassá tesszük, majd az 5 vezetéken keresztül a 1 reaktorba visszavezetjük. Az enzimtől elválasztott anyagot a 6 vezetékbe juttatjuk. Az affinitásos kromatográfiához enzimspecifikus ligandumokat, így például fenolos vegyületeket vagy proteinspecifikus vegyületeket, így például tannint alkalmazunk. A találmányt közelebbről a kővetkező példával illusztráljuk. 1. példa 20 g, 110 °C hőmérsékleten szárított, 10-20 mm, hosszra darabolt szalmát 400 ml 2%-os nátrium-hidroxidban 24 órán át kezelünk, majd színjük és 1200ml forró vízzel átmossuk, leszívatjuk, Jokru malomba adagoljuk és még 250 ml vizet hozzáadunk és 150 fordulat/perc mellett 10 percig őröljük. Ezután 1 g száraz szalmára számolva 90 ml vizet adagolunk és állandó keverés közben 0,2 mólos sósavval a pH-értékét 3-ra 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
