Bromide-free TEMPO-mediated oxidation of cellulose by hypochlorite - fundamental and practical aspects

Julkaisun otsikon käännös: Selluloosan bromidivapaa TEMPO-hapetus hypokloriittia käyttäen - perusluonteisia ja käytännöllisiä näkökulmia

Timo Pääkkönen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

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 käännösSelluloosan bromidivapaa TEMPO-hapetus hypokloriittia käyttäen - perusluonteisia ja käytännöllisiä näkökulmia
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Vuorinen, Tapani, Vastuuprofessori
  • Vuorinen, Tapani, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7626-3
Sähköinen ISBN978-952-60-7625-6
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 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.

Siteeraa tätä