Kemian tekniikan korkeakoulun väitöskirjat ovat saatavilla yliopiston ylläpitämässä avoimessa Aaltodoc-julkaisuarkistossa.
Väitös selluloosan materiaalikemian alalta, M.Sc. Yingfeng Wang
Tutkimuksessa tarkastellaan HCl-kaasun avulla tapahtuvaa biomassan hydrolyysiä keinona tuottaa nan selluloosaa ja alustavia kemikaaleja. Väitös Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulusta, Biotuotteiden ja biotekniikan laitokselta.
Väitöskirjan nimi: From Fibers to Sugars: Harnessing Gaseous Hydrogen Chloride for Cellulose Conversion
³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Yingfeng Wang
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: Prof. Monica Ek, KTH Royal Institute of Technology, Ruotsi
Kustos: Prof. Eero Kontturi, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
Ns. fringed-fibrillar -mallin mukaan selluloosamikrofibrillien lyhyet ja epäjärjestäytyneet alueet ovat herkempiä happohydrolyysille, mikä johtaa polymeroitumisasteen tasaantumiseen (LODP). Perinteisen happohydrolyysin haittapuolena on kuitenkin humiinien muodostuminen glukoosin sivureaktiona. Tässä väitöskirjassa tutkittiin uutta lähestymistapaa: vedettömän HCl-kaasun käyttöä selluloosan hajottamiseen. Menetelmässä kuitujen rakenne säilyy lähes muuttumattomana, tuotteiden puhdistus on helppoa, ja kaasukatalyytin kierrätys on yksinkertaisempaa kuin nestevaiheessa.
Tutkimuksessa selvitettiin, kuinka eri selluloosapolymorfit (vesipitoisuus 30–50 wt.%) hydrolysoituivat HCl-kaasulla. Selluloosa I ja II antoivat 50–70 % glukoosisaantoja, ja selluloosa IIIII:sta saatiin yli 90 % monosakkarideja lievän jälkikäsittelyn jälkeen. Alkoholyysi osoittautui lupaavaksi keinoksi parantaa liukoisuutta ja hajotustehoa sekä estää humiinien muodostumista. Puuvillapohjaiset kuidut liotettiin eri alkoholeissa ja käsiteltiin HCl-kaasulla; eri järjestelmien vaikutusta LODP:hen tutkittiin.
Lisäksi perunajätteestä onnistuttiin tuottamaan lyhyitä nanoselluloosafibrillejä (~500 nm) yhdessä vaiheessa HCl(g)-hydrolyysillä yhdistettynä alkalikäsittelyyn ja NaClO₂:n lisäykseen. Fibrilleistä valmistetut kalvot osoittautuivat vahvoiksi ja läpinäkyviksi.
Tulokset tarjoavat perustavaa ymmärrystä HCl-kaasuhydrolyysin soveltamisesta eri selluloosamateriaaleihin sekä sen mahdollisuuksista nanoselluloosan ja alustavien kemikaalien tuotannossa biomassasta.
Avainsanat: Selluloosan polymorfit/materiaalit, Kaasu-kiinteä-reaktiot, Alkoholyysi, Polymeroitumisasteen tasaantuminen, Humiinit, Monosakkaridien muodostuminen, Selluloosan nanofibrillit
Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä):
Kemian tekniikan korkeakoulun väitöskirjat
Zoom pikaopas