بازیابی لیگنین از لیکور‌سیاه کرافت به روش های پیش‌تیمار اکسیژن و دی‌اکسیدکربن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری

2 دانشیار دانشگاه ساری

3 دانشیار، گروه مهندسی چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری،

چکیده

لیکورسیاه فرآورده جانبی خمیرسازی شیمیایی است و سالیانه حدود 500 میلیون تن لیکورسیاه در کارخانه‌های خمیرکاغذ دنیا تولید می­شود که حدود 95 درصد آن برای مصرف سوخت و فقط 2 درصد آن برای تولید محصولات ویژه باارزش افزوده بالاتر استفاده می‌گردد. به‌منظور بازیابی مؤثرتر لیگنین، رسوب اسیدی لیکورسیاه با استفاده از پیش تیمار تزریق­ گاز اخیراً موردمطالعه قرارگرفته است. مطالعات انجام‌شده، مزیت روش تزریق گاز توسط دی­اکسیدکربن به‌عنوان پیش­تیمار را کاهش مصرف اسید­سولفوریک، افزایش بازده و خلوص لیگنین بیان داشته­اند. کارخانه‌های خمیر­و­کاغذ کشور پتانسیل بازیابی لیگنین را به که به‌عنوان سوخت سوزانده می­شود را دارا می­باشد، ازاین‌رو این تحقیق به‌منظور بررسی روش­های نوین بازیابی لیگنین بر روی لیکور­سیاه­کرافت پهن­برگان ایران انجام‌شده است. پیش­تیمار با استفاده از تزریق دی­اکسید­کربن درروش لیگنوبوست و همچنین تزریق دومرحله‌ای اکسیژن-دی­اکسید­کربن در روش لیگنوفورس تحت‌فشار 2 بار و دمای 80 درجه بر روی لیکور­سیاه کرافت انجام شد، سپس pH توسط اسید­سولفوریک 6 مولار به 2-3 کاهش یافت و لیگنین با استفاده از شستشو و فیلتراسیون به‌طور کامل بازیابی و در دمای 50 درجه خشک شد. به‌منظور بررسی پایداری حرارتی، ساختار شیمیایی و مورفولوژی و ابعاد لیگنین بازیابی شده آزمون­های TGA، FTIR،SEM و AFM انجام شد. همچنین میزان اسید مصرفی، بازده و میزان خاکستر محاسبه شد. مقدار اسید مصرفی و درصد خاکستر لیگنین بازیابی شده فرآیندهای تزریق گاز کمتر از روش رسوب اسیدی بدون تزریق گاز بوده است. علاوه بر این روش تزریق اکسیژن-دی­اکسیدکربن بازده بالاتری را در مقایسه با تزریق دی اکسیدکربن نشان داد. نتایج FTIR ساختارشیمیای مشابهی را در لیگنین­های بازیابی شده به اثبات رساند. تصاویر AFM و SEM لیگنین تولیدشده به روش پیش تیمار تزریق دی­اکسیدکربن ذرات بزرگتر و همچنین پایداری حرارتی بالاتری در مقایسه با تزریق اکسیژن­- دی­اکسید­کربن نشان داد.

کلیدواژه‌ها


[1] Mousavioun, P. and Doherty, W.O.S., 2020. Chemical and thermal properties of fractionated bagasse soda lignin. Industrial crops and products, 31(1):52-58
[2] Duval, A., and Lawoko, M., 2014. A review on lignin-based polymeric, micro and nano-structured materials. Reactive & Functional Polymers, 85:78-96.
[3] Gao, Y., Qu, W., Liu,Y.,  Hu,H.,  Cochran, E. and Bai, X., 2019. Agricultural residue-derived lignin as the filer of polylactic acid composites and the effect of lignin purity on the composite. Journal of Applied Polymer Science.47915. DOI: 10.1002/app.47915.
[4] Kouisni, L., Maki, P.K. and Paleologou, M., 2012. The Lignoforce system: a new process for the production of high-quality lignin from black liquor. Journal of science & technology, 2(4):6-10.
[5] Hubbe, M.A., Alen, R., Paleologou, M., kannangara, M. and Kihlman, J., 2019. Lignin Recovery from spent alkaline pulping liquors using acidification, membrane separation, and related processing steps: a review. Bioresouces, 14(1):2300-2351.
[6] Zhu, W., Westman, G., and Theliander, H., 2014. Investigation and Characterization of Lignin Precipitation in the Lignoboost Process, Journal of wood chemistry and technology, 34:77-97.
[7] Fatehi, P W. GAO, Y. Sun, M. Dashtban., 2016. Acidification of pre-hydrolysis liquor and spent liquor of neutral sulfite semichemical pulping process. Bioresources Technology, 218:518-525.
[8] Tomani, P., 2010. The Lignoboost process. Cellulose chemistry and technology, 44(1-3): 53-58.
[9] Alekhina, M., Ershova, O., Ebert, A., SHeikkinen, S. and Sixta, H., 2015. Softwood Kraft lignin for value-added applications: Fractionation and structural characterization. Industrial Crops and Products, 66:220–228.
[10] Azimvand, J., Didehban, KH. And Mirshokrai, S.A., 2018. Preparation and Characterization of Lignin Polymeric Nanoparticles Using the Green Solvent Ethylene Glycol: Acid Precipitation Technology, Bioresources,13(2):2887-2897.
[11] Kouisni, L., Gagne, A., Maki, K., Holt-Hindle, P. and Paleologou, M., 2016. LignoForce System for the Recovery of Lignin from Black Liquor: Feedstock Options, Odor Profile, and Product Characterization. ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 4:5152-5159.
[12] Sameni, J., Krigstin, S., Santos Rosa, D., Leao, A. and Sain, M., 2014. Thermal characteristics of lignin residue from industrial processes, Bioresource, 9(1):725-737.
[13] Zhang, S., Wang, Z., Zhang, Y., Pan, H. and Ta, L., 2016. Adsorption of methylene blue on organosolv lignin from rice straw. Procedia Environmental Sciences, 31:3-11.
[14] Watkins, D., Nuruddin, Md., Hosur, Mahesh., Tcherbi-Narteh, A. and Jeelani, sh., 2015. Extraction and characterization of lignin from different biomass resources. Material technology, 4(1):26-32.
 [15] Garcia, A., Toledano, A., Serrano, L., Egues, I., M. González, M., F. Marin, F. and Labidi, J., 2009.Characterization of lignins obtained by selective precipitation Separation and Purification Technology ,68:193–198.
[16] Weizhen Zhu, W., and Theliander, H., 2015. Precipitation of Lignin from Softwood Black Liquor: An Investigation of the Equilibrium and Molecular Properties of Lignin. Bio Resources, 10(1):1696-1714.
[17] Dai, L., Liu. R., Hu, L., Zou, Z., and CH, Si., 2017. Lignin Nanoparticle as a Novel Green Carrier for the Efficient Delivery of Resveratrol. ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 5:8241−8249.
[18] Wallmo, H., Richards, T., and Theliander, H., 2007. Lignin precipitation from kraft black liquors: Kinetics and carbon dioxide absorption, Paperi Ja Puu-Paper and Timber, 89:436-442.