بررسی تولید خمیرکاغذ با استفاده ازفرآیند حلال آلی گاماوالرولاکتون (GVL) از چوب توس

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته دکتری صنایع خمیر و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

2 دانشیار گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران

3 پروفسور گروه محصوالت و سیستمهای زیستی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه آلتو، اسپو، فنلاند

چکیده

در این تحقیق امکان استفاده از گاماوالرولاکتون به عنوان یک حلال آلی سبز برای تولید خمیرکاغذ از چوب توس مورد بررسی قرار گرفت. عوامل متغیر پخت شامل نسبت های مختلف مایع پخت به خرده چوب توس(3 و 5)، دما(170 و 180 درجه سانتی‌گراد)، و زمان(60 و 120 و 180 دقیقه) در نسبت ثابت گاماوالرولاکتون به آب 50 /50 بودند. میزان بازده، وازده، عدد کاپا ،گرانروی و درجه پلیمریزاسیون پخت های مختلف تعیین گردیدند. بر اساس نتایج به دست آمده، نسبت مایع پخت به خرده چوب 5، دمای 170 درجه سانتیگراد و زمان 180 دقیقه با بازده 59.58 % ، وازده 0% ، عدد کاپا 45.06 ، گرانروی 1158 و درجه پلیمریزاسیون 3633 بعنوان تیمار بهینه پخت گاماوالرولاکتون تعیین شد. پس از اندازه گیری لیگنین غیر قابل حل و قابل حل در اسید، اندازه گیری قندهای مونوساکارید در خمیرکاغذ با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی مبدل آنیونی با کارایی بالا(HPAEC-PAD) و اندازه گیری هیدروکسی متیل فورفورال، فورفورال و اسیدهای آلی در مایع پخت با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا(HPLC) توازن ترکیبات خمیرکاغذ تولیدی با فرآیند گاماوالرلاکتون- آب از چوب توس بر اساس وزن خشک چوب و خمیرکاغذ محاسبه گردید. اندازه‌گیری توزیع وزن ملکولی خمیرکاغذ با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی نفوذ ژلی(GPC) انجام شد. درجه پلیمریزاسیون 50، 100 و 2000 پخت بهینه به ترتیب 1.536، 7.690، 55.683 بوده است. همچنین ضریب بسپارش در پخت بهینه 12.53 محاسبه گردید. نتایج این تحقیق حاکی از آن است که تولید خمیرکاغذ از چوب توس با استفاده از فرآیند پاک گاماوالرولاکتون موفقیت-آمیز میباشد و طبق نتایج افزایش زمان پخت نسبت به افزایش دما تاثیر بهتری در خمیرکاغذ حاصله داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]      Wildschut, J., Smit, A. T., Reith, J. H.and  Huijgen,W. J. J., 2013.Ethanol-based organosolv fractionation of wheat straw for the production of lignin and enzymatically digestible cellulose.Bioresour. Technol, 35:58 –66.

[2]      Snelders, J., Dornez, E., Benjelloun-Mlayah, B., Huijgen, W. J. J.,De Wild. P. J., Gosselink.R. J. A., Gerritsma, J. and Courtin. C. M., 2014. Biorefining of wheat straw using an acetic and formic acid based organosolv fractionation process. Bioresour. Technol, 156: 275 –282.

[3]      Horvath, I.T., Mehdi, H., Fabos, V., Boda, L. and Mika, T., 2008. γ-Valerolactone - a sustainable liquid for energy and carbon-based chemicals. Green chemistry, 10(2):238-242.
[4]      Mellmer, M.A., Alonso, D.M., Luterbacher, J.S., Gallo, J.M.R. and Dumesic, J.A., 2014. Effects of γ-valerolactone in hydrolysis of lignocellulosic biomass to monosaccharides. Green Chemistry, 16(11): 4659-4662.
[5]      Fang, W. and Sixta, H., 2015. Advanced Biorefinery based on the Fractionation of Biomass in g-Valerolactone and Water. ChemSusChem,8(1):73-76.
[6]      Alonso, D.M., Wettstein, S. G. and Dumesic, J. A., 2013. Gamma-valerolactone, a sustainable platform molecule derived from lignocellulosic biomass. Green Chem,15(3):584 –595.
[7]      Emel’yanenko, V. N., Kozlova, S. A., Verevkin S. P. and Roganov, G. N.. Chem. Thermodyn. Thermochem., 2008. Vapour pressures and enthalpies of vapourization of a series of the γ-lactones.40:11-916.
[8]      Fengel, D. and Wengener, G., 1984. Wood: chemistry, ultrastructure, reactions. Walter de Gruyter, Berlin and New York, Germany, 613p.
[9]      Tang, X., Zeng, X., Li, Z., Hu, L., Sun, Y., Liu, S., Lei, T. and Lin, L., 2014. Production of γ-valerolactone from lignocellulosic biomass for sustainable fuels and chemicals supply. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 40: 608-620.
[10]  Sheldon, R.A., 2014. Green and sustainable manufacture of chemicals from biomass: state of the art. Green chemistry,16(3):950-963.
[11]  Yan, K., Yang, Y., Chai, J. and LU, Y., 2015. Catalytic reactions of gamma-valerolactone: A platform to fuels and value-added chemicals. Applied Catalysis B: Environmental, 179: 292-304.
[12]  Pye, E. K. and Lora, J. H. 1991. The Alcell process- a proven alternative to kraft pulping. Tappi, 74:113-118.
[13]  Laure, S., Leschinsky, M., Froehling, M., Schultmann, F. and Unkelbach, G., 2014.Assessment of an organosolv lignocellulose biorefinery concept based on a material flow analysis of a pilot plant. Cellulose chemistry and technology, 48(9-10):793798.
[14]  Elsayed, S., , Q., Borrega, M . and Sixta, H., 2017. γ-valerolactone/water Fractionation of Softwood. In: NWBC.March 28-30 Stockholm, Sweden.
[15]  Le, Q., MA, Y., Borrega, M. and Sixta, H.,2016. Wood biorefinery based on γ-valerolactone/water fractionation. Green chem, 18:5466-5476.
[16]  Scan, Scandinacian pulp, paper and broard, Testing committee. Wood chips for pulp preparation, Size distribution, SCAN-CM 40:10, 2001.
[17]  Scan, Scandinacian pulp, paper and broard, Testing committee. Wood chips for pulp production and pulp, Content of acetone-soluble matter, SCAN-cm 49:03, 2003.
[18]  Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass, Laboratory Analytical Procedure (LAP), NREL/TP-510-42623,2011.
[19]  Scan, Scandinacian pulp, paper and broard, Testing committee. Chemical pulp, Kappa number, SCAN-C 1:00, 2000.
[20]  Scan, Scandinacian pulp, paper and broard, Testing committee. pulps, Viscosity, SCAN-CM 15:88, 1988.
[21]   Standard Test Methods for viscosity of pulp (capillary viscometer method), Annual Book of ASTM, Philadelphia, PA: American Society for Testing and Materials, T230-om-99,1999.
[22]   Janson, J., 1970. Calculation of the polysaccharide composition of wood and pulp. Paperi ja Puu, 52(5):323-329.
[23]   Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass Laboratory Analytical Procedure (LAP), NREL/TP-510-42618,2011.
[24]  Sixta, H., 2006. Handbook of pulp and paper, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany, 1352 p.