Abstrakti
Selluloosan TEMPO-katalysoitua hapetusta käytetään esikäsittelymenetelmänä TEMPO-hapetettujen selluloosananokuitujen (TOCN) tuotannossa. Kyseinen tuote voisi soveltua tutkimusten mukaan raaka-aineeksi esimerkiksi elektro-optisiin kalvoihin, mikroelektroniikkaan, kaasua eristäviin kalvoihin, kosmetiikkaan, palonkestäviin materiaaleihin sekä muihin korkean arvon käyttökohteisiin. Olemassa olevan TOCN:n valmistusmenetelmän haittapuoli on runsas bromidin käyttö. Bromidia pidetään hankalana yhdisteenä teollisissa jätevesissä sekä ongelmallisena lisääntyneen korroosioriskin takia. Tämä väitöstyö keskittyy teollisen mittakaavan bromidivapaan TEMPO-hapetusmenetelmän kehittämiseen. Kyseistä menetelmää sovelletaan TOCN-kuitujen valmistukseen valkaistusta koivusellusta.
TEMPO-radikaalin konversio varsinaisena hapettimena toimivaksi TEMPO+-kationiksi on prosessin toiminnan kannalta aliarvostettu ja riittämättömästi tutkittu reaktiovaihe perinteisissä TEMPO-hapetusprosesseissa. Tässä työssä kehitettiin kaksi erilaista aktivointimenetelmää TEMPO+-kationin tuottamiseksi. TEMPO aktivoitiin suljetussa astiassa klooridioksidin tai hypokloriitin avulla ennen aktivoidun katalyyttiliuoksen lisäämistä hapetusreaktoriin. Tämän jälkeen valkaistun koivusellun TEMPO-hapetus tapahtui riittävällä nopeudella teollisen toiminnan näkökulmasta. Lopulta pitkälle hapetettu sellumassa fluidisoitiin TOCN-kuiduiksi, jotka muodostavat tyypillisesti läpinäkyvän geelin.
Myöhemmin työssä kehitettiin tehokas esikäsittely valkaistuille koivusellumassoille. Koivumassan alkalikäsittelyllä saatiin sellun TEMPO-hapetuksen reaktioaika putoamaan muutamasta tunnista puoleen tuntiin hapetuksessa käytettävällä keskitasoisella hypokloriittiannoksella. TEMPO-hapetettujen sellumassojen karboksylaattipitoisuuden maksimitaso oli selvästi korkein massoilla, jotka oli alkalikäsitelty ennen hapetusta. Atomivoimamikroskooppi-topografiaa ja reologista karakterisointia käytettiin apuna tutkittaessa TOCN-näytteiden sarjaa ksylaanipitoisuuden funktiona.
TEMPO+-pitoisuuden määrittämiseksi katalyyttiliuoksista ja reaktioseoksista kehitettiin jodometrinen titrausmenetelmä. Tätä uutta tutkimusmenetelmää hyödynnettiin TEMPO-hapetuksen reaktiomekanismin ja -kinetiikan tutkimuksessa. TEMPO-radikaalin konversiota Cl(+1) ja Br(+1) kanssa varsinaisena hapettimena toimivaksi TEMPO+-kationiksi tutkittiin kineettisesti. Erillisen aktivointivaiheen oleellinen merkitys bromidivapaissa prosesseissa voitiin todistaa tällä titrausmenetelmällä. Väitöskirjatutkimuksen tuloksia voidaan soveltaa teollisen TOCN tuotannon kehittämisessä.
Julkaisun otsikon käännös | Selluloosan bromidivapaa TEMPO-hapetus hypokloriittia käyttäen - perusluonteisia ja käytännöllisiä näkökulmia |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-7626-3 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-7625-6 |
Tila | Julkaistu - 2017 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- alkalikäsittely
- koivusellu
- bromidivapaa
- klooridioksidi
- hypokloriitti
- jodometrinen titraus
- nanofibrilloitu selluloosa
- TEMPO hapetus
- ksylaani
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Selluloosan bromidivapaa TEMPO-hapetus hypokloriittia käyttäen - perusluonteisia ja käytännöllisiä näkökulmia'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Laitteet
-
Biotalousinfrastruktuuri
Seppälä, J. (Manager)
Kemian tekniikan korkeakouluLaitteistot/tilat: Facility