Kemikalier från biomassa Flashcards
Från vilken lignocellulosakomponent får man furfural?
Xylan
Vad används furfural till?
Används som ett lösningsmedel för att tillverka polymerer som används till glasfiberarmerad plast (som tex finns i plastbåtar, en väldigt hård plast)
Vilka är de ungefärliga reaktionsbetingelserna vid furfuraltillverkning?
Furfural fås ut från destillation.
Det går till på så satt att man värmet ett xylan-rikt material i syra och med en katalys, detta gör att vi får ut vatten och furfural i gasfas.
Sur hydrolys => sur dehydrering katalyserad av Cr(III)
För och nackdelar med bomull
FÖR:
- innehåller nästan bara cellulosa (>90%)
- kan användas till annat, ex. som förtjockningsmedel
- Sick-sack mönster som gör att den är bra för att spinna tid
NACK:
- giftiga bekämpningsmedel
- tar upp stora odlingsmarker
- mindre flexibelt (inga fibernoder)
- krymper
Två viktigaste cellulosaderivaten?
- alkalikatalyserad eterformation
Mekanism i antecklningar - syrakatalyserad esterformation
Mekanism i anteckningar
Alkalikatalyserad eterformation
- högt pH => alkoholen deprotoneras och gör dem till starka nukleofiler
- oftast Cl som ensam lämnande grupp (Br och I fungerar också)
- Ibland gjord vattenfri
- alkaliskt vatten pressas ut
- ex. karboxylmetyl cellulosa (CMC) och metylcellulosa
Karboxymetyl cellulosa (CMC)
- mixar cellulosa med alkali och klorättiksyra
- cellulosa merceriserad först för att öka reaktivitet
- vattenlösligt (högt DP)
- anv. som: förtjockningsmedel, stabiliserade, dispergeringsmedel, pappersbeläggning, styrkeökande i papper!
Metylcellulosa
- vattenlösligt
- klormetan löst i vatten
- anv. som: förtjockningsmedel, stabiliserade, dispergeringsmedel, pappersbeläggning, styrkeökande i papper!
Syrakatalyserad esterformation
- syran gör substratet mer elektrofilt
- mindre flexibel, men fungerar bra i specifika fall
- görs ofta utan vatten
- ex. cellulosaacetat och cellulosanitrat
Cellulosaacetat
- mixa cellulosa med ättiksyrahydrid och stark syra som katalysator
- hydrofob
- anv. som: plast, lack, fotofilm, fibrer, tyg beroende på lösningsmedel.
Cellulosanitrat
- oorganisk ester
- mix av salpetersyra och svavelsyra
- anv. som: plast, lack, explosiveness baserat på lösningsmedel
Vad kan man få för typ av produkt av Cellulosa Andra polysackarider (hemi/stärkelse/pektin) Lignin Extraktivämnan
Cellulosa:
- Cellulosaderivat (plaster, förtjockningsmedel, explosiva ämnen)
- Nanocellulosa och mikrokristallincellulosa (applikationer i kompositer)
- Socker för kemikalier, monomerer m.m (genom fermentation)
Andra polysackarider:
- kemikalier (ex. xylitol)
- polymerer (material, ytbehandling m.m.)
- socker för kemikalier, monomerer (genom fermentation)
Lignin:
- Lignosulfonater (dispergeringsmaterial, råmaterial till vanillin osv)
- kemikalier
- polymerer
Extraktivämnen:
- kemikalier, olika monomerer (m.m.)
Hur framställer man cellulosa för att föra cellulosaderivat på bästa sätt? (från ex. ved)
SULFITKONCEPT
Lågt pH. en viss hydrolys av polysackarider framför allt av hemi. kortare ändar av hemi
=> varm alkaliextraktion. peeling av hemi från ändgrupperna
FÖRHYDROLYSSULFAT KONCEPT
Förhydrolys (sur behandling av veden). Kedjorna blir kortare (cellulosa, hemi, polysackarid)
=> högt pH. Sulfatmassa. Peeling av hemi från ändgrupper
=> Kall alkalisk extraktion. Lösliggör kvarstående hemi
Vilken är den viktigaste råvaran för cellulosaderivat?
Trä
Krav för cellulosaderivat
Renhet:
- ved innehåller lite hemi. Väldigt ren cellulosa,finns i bomull eller bakteriecellulosa.
DP:
- Högt = bra (för vissa)
- kraftigt polymeriserad cellulosa => DP sjunker
- Ibland vill man sänka DP
Reaktivitet:
- cellulosans enkelhet att bli deriverad, att reagera i processen
- beror på DP, tillgänglig yta, styrka av aggregat av fibriller osv
- mäts med Foch-testet. Svårt att mäta tillgänglig yta => mät reaktivitet direkt
Priser:
- Bomullsfodral/bakteriecellulosa mycket dyrare än vanliga dissolvingmassor
- Högkvalitativa dissolvingmassor såklart dyrare än lägre
- Betala bara det du behöver
Vad finns det för plattformskemikalier?
Furfural, Etanol, Citronsyra, Mjölksyra och bärnstenssyra
Vad kan etanol användas till som plattformkemikalie?
- flexibel
- Etanol kan dehydreras till eten och användas i plast
- Genom oxidation, hydrogenering och kloreringsderivatisering är fullbordad och praktiskt taget alla organiska kemikalier kan tillverkas!
- etanol kan tillverkas av jäsning av hexoner (som tex det finns många av i glucomannan)
Produkter av lignin
- lignosulfonat
- vanillin
- lignoboost
- syntetgas
Lignosulfonater
- bildas under sulfatkok
- Alkohol =(syra)=> protonering =(HSO3, nukleofil attack)=> lignosulfonat
- Katjonbyte ger olika kvaliteter, t.ex. Ca2 +, Na +,
NH4+ - Polymerisk detergent
- dispergerande agent i oljeborrning
- additiv till betong, asfalt
- råmaterial för syntesering av vanillin
Lignoboost, vad används den till? Hur går det till?
- Väl tvättat lignin från sulfat
- Bränsle, asfalt
- Bindare i pellet och kreaturfoder
HUR DET GÅR TILL
- Lösning= svartlut med löst lignin
- Häller på kolsyra på lösningen
- Lignin faller ut pga att pH sjunker
- Filtrerar av => filtrerat lignin
- Suspenderar upp lignin kakan i surt vatten => jonstyrkan sjunker => tvättar ligninet i den
- filtrerar igen
- kan nu enkelt tvättas
Viktiga produkter från vedens extraktivämnen? Hur får man dem?
Tallolja och råterpentin
Tallolja
- avlägsnas genom dekantering under indunstningen
Råterpentin
- avlägsnas genom avdunstning
Vanillin tillverkas huvudsakligen från lignosulfonat. Redogör för tillverkningen går till.
Lignosulfonat genom oxidation
Viss vanillin är gjord av petroleum.
Under skumma förhållande som vid syre-delignifiering men vid hög temp och alkali
Anv en katalytisk koppar (men ingen vet varför)
Mixen torkas och vanillin extraheras med org lösningsmedel och sedan sker en fortsatt rening
Tillverka vanillin från ”vedavfall” som grenar och pinnflis med hjälp av ”urvuxen” utrustning för sulfatmassatillverkning. (Man vill alltså inte göra ett sulfitkok, utan bygga processen på sulfatprocessen.) Föreslå en metod! Motivera.
Kan framställa Ligno-boost från svartlut som sedan kan låtas reagera med svavelsyra, därefter samma process som för lignosulfonater ur brunlut.
Alt. sodakok, hög temp. Får mycket av lignin => låg surgasdelignifiering
Två aspekter, för och nackdelar med bioraffinederier och dess produkter
KLIMATFÖRÄNDRING
- bioraffinadeier ano produkter gjorda på biomassa som redan finns i systemet
- om biomassan är gjord på träd, CO2 som trädet släpper ifrån sig finns redan i systemet
- Med petroleum är CO2 som släpps ut inte redan i systemet vilket gör att vi får ökad mängd CO2 i atmosfären =Z växthuseffekt => global uppvärmning
MIKROPLASTER
- bioraffinaderiet anv sig av nedbrytningsbara produkter som kan brytas ner i naturen, dvs blir inga mikroplaster
- plast som inte görs i bioraffinaderier kan inte brytas ner i naturen och skapar dessa mikroplaster som är väldigt farliga för miljön
