Technológiai információ-köt. 16 N ° 1-2005, 83-88
VEGYES TÉTELEK
Cellulóz előállítása a banán mezőgazdasági hulladékaiból
Cellulóz előállítása banán növényi mezőgazdasági hulladékból
G. Canché-Escamilla 1 *, J.M. De los Santos-Hernández 2, S. Andrade-Canto 1, R. Gómez-Cruz 2
(1) Centro de Investigación Científica de Yucatán, A. C., Calle 43 No. 130, Chuburná ezredes, 97200 Mérida Yucatán, Mexikó (e-mail: [email protected])
(2) Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Av. Universidad s/n, Zona de la Cultura, Villahermosa, 86280, Tabasco, Mexikó
* Szerző, akihez a levelezést címezni kell.
Ebben a munkában tanulmányt mutatnak be a cellulóz mezőgazdasági banánmaradványokból (pszeudosztem és pinty) történő kinyerésének megvalósíthatóságáról, a Centro de Investigación Científica de Yucatán-México központban kidolgozott eljárás alkalmazásával. Az eljárás négy szakaszból áll: savas hidrolízisből, klórozásból, lúgos extrakcióból és fehérítésből. A cellulózt termogravimetriával, FTIR spektroszkópiával és molekulatömeg-meghatározással jellemeztük. Jobb hozamot kaptunk pintyszálakkal. A pszeudosztémából nyert cellulóz rost-agglomerációt mutatott a lignin és a hemicellulóz maradványai miatt. A klórozási szakasz befolyásolja a pinty rostokból kapott cellulóz molekulatömegét, 90 000 és 49 000 molekulatömeget eredményezve, amikor a klórozási szakaszban 9,2, illetve 8,4 pH-t alkalmaztak. Jellegzetes cellulóz FTIR-spektrumokat kaptunk, ezzel igazolva ennek a folyamatnak a megvalósíthatóságát a nem cellulózos anyagok eltávolítására.
Ebben a munkában bemutatják a banán növényi mezőgazdasági hulladékokból (álszár és pinzote) történő cellulóz kinyerésének megvalósíthatósági tanulmányát, a mexikói Yucatán Tudományos Kutatóközpontban kidolgozott eljárás alkalmazásával. A négy lépésből álló eljárás magában foglalja a savas hidrolízist, klórozást, lúgos extrakciót és fehérítést. A cellulózt termogravimetriával, FTIR spektroszkópiával és molekulatömeg méréssel jellemeztük. A legjobb hozamot pinzotaszál alkalmazásával érte el. A pszeudosztémából nyert cellulóz agglomerált rostokkal rendelkezik a hemicellulóz és a lignin maradványok jelenléte miatt. A klórozási lépés hatással volt a pinzotából nyert rostok molekulatömegére, 9 000-es pH-érték alkalmazásakor 90 000-es molekulatömeggel, 8,4-es pH-érték esetén pedig 44 000-es molekulatömeggel. A kapott FTIR spektrumok a cellulózra voltak jellemzőek, ami azt jelezte, hogy a nemcellulóz anyag eltávolítására ezt az eljárást megvalósítani lehet.
Kulcsszavak: cellulózgyártás, mezőgazdasági hulladék, banán, termogravimetria
BEVEZETÉS
A szilárd hulladék az emberi tevékenység következtében keletkező hulladék, amelyet általában használhatatlannak ártalmatlanítanak. Kereskedelmi, ipari vagy mezőgazdasági tevékenységek melléktermékeként nyerik őket, és általában nagy szennyező forrást jelentenek, ezért ezeknek a hulladékoknak jelenleg alternatív felhasználási lehetőségeket keresnek (Kadirvelu et al., 2003; Reed és Wiliams, 2003 ) A mezőgazdasági ipar a szilárd hulladék keletkezésének egyik fő forrása, amely főleg szárakból, gyökerekből, levelekből vagy növények egyéb részeiből áll, amelyeket nem használnak fel ezekben a folyamatokban (Shah és mtsai., 2005; Gañan és mtsai., 2004).
Így a banánipar nagy mennyiségű növényi maradványt termel, mivel csak a gyümölcs kerül felhasználásra a növényből, és a növény többi részét: pszeudosztémát, leveleket és csipet vagy rachist (a növény fürtöket támogató részét) kell ártalmatlanítani. gyümölcs). Mivel ezek az anyagok lignocellulóz rostokból állnak, felhasználhatók nyersanyagként cellulóz előállításához (Cordeiro et al., 2004) vagy kompozit anyagok előállításához (Gañan et al., 2004; González-Chí et al., 2002 Thomas és munkatársai, 1997), amely hozzáadott értéket biztosítana az említett maradványoknak.
Noha tanulmányokat végeztek a cellulóz kinyerésére banánmaradványokból (Cordeiro et al., 2004), az ezekben a munkákban a cellulóz előállítására alkalmazott eljárások nagyon hasonlóak a papíriparban használt eljárásokhoz, amelyeket magas lignintartalmú anyagokhoz terveztek. tartalom. Másrészt a CICY-nél kidolgoztak egy olyan eljárást, amely alacsony lignintartalmú növényi rostokból cellulóz előállítására szolgál (Cazaurang és mtsai., 1990), és amely négy szakaszból áll: savas hidrolízis, klórozás, lúgos hidrolízis és fehérítés. Ezt az eljárást sikeresen alkalmazták agavákból kinyert lignocellulóz rostokból származó cellulóz előállításához (Andrade és mtsai. 1998, Marquez és mtsai., 1996) 12-16% lignintartalommal. Ezekben a munkákban azt találták, hogy a klórozás és az alkáli extrakció az a szakasz, amely leginkább befolyásolja a kapott cellulóz jellemzőit. Mivel a banán pinty- és pszeudosztemaszálai alacsony lignintartalmúak, tanulmányozták a CICY-nél kidolgozott eljárás alkalmazásának megvalósíthatóságát a cellulóz előállítására az említett mezőgazdasági maradványokból.
MÓDSZERTAN
A banán mezőgazdasági maradványait (pszeudosztém és pinty) a mexikói Tabascóban, Teapa-ban található Finca la Candelaria ültetvényekről nyertük. A pszeudosztémákat 30 cm-es részekre vágtuk, vízzel mostuk és napon szárítottuk. A pelyva rostjait 10% -os nátrium-hidroxiddal végzett kezeléssel nyerték a benne lévő viaszok, pektinek és gyanták eltávolítására, majd később manuálisan szálalták őket. A cellulózt az irodalomban ismertetett eljárással állították elő (Andrade, 1998), az eljárást három párhuzamosan hajtották végre mindegyik maradékra. A klórozási lépés (9,2 és 8,4) végső pH-ját, valamint a NaOH-koncentrációt (20 és 25%) az alkáli hidrolízis során változtattuk, hogy meghatározzuk e változók hatását a cellulóz tulajdonságaira. A szálakat szobahőmérsékleten, majd vákuumkemencében szárítottuk.
A cellulóz előállítása előtti és utáni szálakat a JEOL LV6360 modell pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) figyeltük meg. A szálakat arany réteggel vonták be a kontraszt javítása érdekében.
A cellulóz infravörös spektrumát egy NICOLET Protégé 460 Magna Fourier transzformációs infravörös spektrofotométer alkalmazásával kaptuk 4000 és -120 cm közötti hullámhossz-tartományban. A banánmaradványokból kapott cellulóz termogravimetriás elemzését Perkin Elmer TGA-7 típusú termogravimetrikus mérlegen végeztük, 10 ° C/perc fűtési sebesség és 30 ° C és 600 ° C közötti hőmérséklet-tartományban. nitrogén légkör.
A cellulóz molekulatömegét egy cellulózszármazék (cellulóz-trikarbanilát) molekulatömegéből határoztuk meg. Ezt a származékot az irodalomban ismertetett eljárás (El Ashmawy és mtsai., 1974) alapján állítottuk elő, és a cellulóz-trikarbanilát molekulatömegét viszkozimetriával, Ubbelhode típusú viszkoziméter alkalmazásával. A Mark-Houwink-állandók értékei a következők voltak: a = 0,89 és K = 2,51 x 10-3 .
Eredmények és vita
Az 1. ábra a pinty és a pszeudostem rostok SEM által kapott fotomikrográfjait mutatja. Látható, hogy a pinty szálak átmérője nagyobb, mint az álszál rostjai, mindkét szál hemicellulózzal agglomerált cellulózfibrillákból és ligninből áll, amelyek cementkötésként működnek, és amelyeket meg kell szüntetni a cellulózrostok előállítása során.
b)
1. ábra: A szálak SEM-mikroszkópos felvételei a cellulóz előállítási folyamat előtt. a) Finch és b) Pseudostem
A 2. ábra a pszeudosztémából és a banán pintyéből nyert cellulózrost fotómikroszkópos felvételeit mutatja. Megfigyelhető, hogy a csipetnyi rostokból nyert cellulózrostok elválnak egymástól, a szálak többségének sima felülete van, maradványoktól mentesen (2a. És 2b. Ábra), ami jobb hatékonyságot jelez a lignin és a hemicellulóz eltávolításában. Másrészt a pszeudosztémából nyert cellulózrost a szabad rostok mellett rost-agglomerációkat is tartalmaz, amelyekben még mindig értékelhető a lignin és a cellulóz maradványok jelenléte (2c. És 2d. Ábra), jelezve, hogy ebben az esetben alacsonyabb hatékonyság mindkét komponens eltávolításakor a cellulóz előállítása során. Ezt a viselkedést figyelték meg a mintákban, tekintet nélkül a cellulóz extrakciójában alkalmazott kezelésre.
A cellulóz FTIR spektrumai nagyon hasonlítottak egymásra, tekintet nélkül a rostra (csipet vagy pszeudosztem), amelyből kinyerték, és a kezelési körülményektől. A spektrum a II. Típusú cellulózra volt jellemző, amelyet a rostokban jelenlévő natív (I típusú) cellulóz nátrium-hidroxiddal végzett kezelés után kaptak.
1. táblázat: Nyersrost és cellulóz hozamok a banán mezőgazdasági maradványaiból.