DD154713A1

DD154713A1 - Verfahren zur hydrolyse zellulosehaltiger abprodukte

Info

Publication number: DD154713A1
Application number: DD80225234A
Authority: DD
Inventors: Ludwig Muehlberg; Ulrike Scholz; Erika Polter; Jelena Kude; Sabine Huebert; Henning Pickert
Original assignee: Ludwig Muehlberg; Ulrike Scholz; Erika Polter; Jelena Kude; Sabine Huebert; Henning Pickert
Priority date: 1980-11-17
Filing date: 1980-11-17
Publication date: 1982-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung zellulosehaltiger Abprodukte auf dem Wege der Hydrolyse und bezweckt die Beseitigung der Zellulosebestandteile,ohne dass die nichtzellulosischen Werkstoffe geschaedigt werden und ohne dass aufwendige Apparaturen erforderlich sind. Ihre Aufgabe besteht darin, unter atmosphaerischem Druck und nicht im stark sauren Medium zu arbeiten. Die Hydrolyse wird in Anwesenheit von Zellulasen bzw. Zellulasekombinationen im schwach sauren Medium bei einer Temperatur von 40 - 50 Grad C durchgefuehrt. Der Feststoffgehalt der Hydrolysefluessigkeit betraegt maximal 10 %.

Description

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Heidenau, den 11. 11. 1980 021 P-212/zi

Verfahren zur Hydrolyse zellulosehaltiger Abprodukte

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem zellulosehaltige Abfallprodukte der Textilindustrie (z.B. Mischfasern aus Synthetiks und Zellulosiks) und der Papierindustrie (z.B. Fangstoffe aus der mechanischen Restabwasserklärung) durch Hydrolyse des Polysaccharidanteils zu Glukose abgebaut werden. Als Rückstand läßt sich im Falle von Fangstoff der jeweilige Füllstoff (z.B. Kaolin oder Titandioxid) bzw. beim Abbau von Mischgeweberesten der synthetische Faseranteil wiedergewinnen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der komplexen Nutzung des Holzes wird in Jüngerer Zeit immer mehr Aufmerksamkeit gewidmet, da sich auf diesem Wege noch bedeutende Reserven für die Volkswirtschaft erschließen lassen. Die anwendungsorientierte Forschung ist dabei weniger auf das Holz als vielmehr auf HoIz- und insbesondere Zelluloseabfälle verschiedenster Provenienz ausgerichtet, wobei seit Jahren die Verspritung und Vertiefung von Hexosen und Pentosen aus Sulfitablaugen der Zellstoffindustrie bekannte. Prozesse sind, die den Vorteil haben,bereits vorliegende Monomere (Einfachzucker), die ursprünglich hochpolyiner im Biomaterial vorlagen, direkt zu Alkohol (Ethanol)

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und Einzellerprotein (Futterhefe) umzusetzen«

Nicht immer sind für Abprodukte, deren Polysaccharidanteil man nutzen will, so günstige Voraussetzungen gegeben.

Fangstoffe der Papier- und Pappenindustrie fallen als teilweise entwässerte, faserhaltige Rückstände, die aus der Restabwasserkläranlage zurückgewonnen werden, nach Dekantation mit einem Wassergehalt von etwa 70 % an. Der Anteil an Füllstoff (anorganisches Pigment, ausgedrückt als Asche, die durch Glühen bei 575 ⁰C bis zur Gewichtskonstanz ermittelt werden kann) schwankt zwischen 30 ... 60 %.

Derzeitig wird ein großer Teil der*anfallenden Fangstoffe deponiert, was hohe Transportkosten verursacht und unter dem Aspekt des Umweltschutzes abzulehnen ist. Geringere Anteile kommen als Zuschlagstoff in der Zement-, Bau- und Ziegelindustrie zum Einsatz. Zur Rückgewinnung des Füllstoffs wird in verschiedenen Ländern auch nach dem Zimmermann-Verfahren gearbeitet, d.h. auf dem Wege der Naßoxydation werden die organischen Inhaltsstoffe energetisch durch Verbrennung zu Kohlendioxid und Wasser genutzt. Der anorganische Füllstoff kann dabei, nicht frei von Verunreinigung, zurückgewonnen werden. Dieser Prozeß, der von ZIMMERMANN und DIDDAMS (Tappi A3 (1960) 8, 710-715) entwickelt wurde, arbeitet bei Temperaturen zwischen 250 ... 300 ⁰C und Drücken von 5000 ... 15000 kPa, wozu korrosionsbeständige Reaktoren Bedingung sind. Daher macht dieses Verfahren erhebliche Investitionen notwendig, was als besonders nachteilig anzusehen ist.

Die direkte Wiederverwendung unveränderten Fangstoffs für die Produktion von Papiererzeugnissen ist abhängig vom jeweiligen Füllstoffgehalt und der sich einstellenden Faserstoffzusammensetzung (Lang-, Kurz- und FaserfeinstQffanteil). Auf Grund der hohen Sortenspezifik in den Papierfabriken ist der direkte Wiedereinsatz daher nur für untergeordnete Sortimente mit geringeren Qualitäts-

anforderungen möglich.

Der hohe Wert verschiedener anorganischer Pigmente läßt ihre technologisch möglichst einfache Regenerierung als äußerst wünschenswertes Ziel erscheinen.

Zur Wiederverwendung von Abfällen der Textilindustrie, speziell der ßellulosehaltigen Mischgewebe, sind keine Verfahren bekannt, nach denen eine zufriedenstellende Lösung vorliegt und wonach diese Abfälle umfassend einer wirtschaftlichen Verwendung zugeführt werden können, obwohl sie ein beachtliches Potential darstellen· Bei einer Wiederverarbeitung von Alttextilien ergeben sich durch hohe Anteile von Mischgeweben Probleme, da die Rückführung der wertvollen Kunstfasern eine Abtrennung des zellulosischen Anteils voraussetzt.

Die saure Hydrolyse von zellulosehaltigen Abfällen wird seit Jahren großtechnisch durchgeführt, jedoch findet der Angriff der Säure auf das Zellulosematerial unspezifisch statt, die Zuckerlösung muß vor der Weiterverarbeitung neutralisiert werden, zahlreiche nebenprodukte, wie Furfural, Ameisensäure usw., erfordern zusätzliche Trennprozesse. Als Nachteil stellten sich hohe Anforderungen an das Apparatematerial (Korrosion) durch Anwendung erhöhten Druckes und erhöhter Temperatur, die Prozeßbedingungen sind, heraus, was den einzigen Vorteil dieses Verfahrens, die relativ kurze Verweilzeit, praktisch bedeutungslos macht.

Ziel der Erfindung

Zweck der Erfindung ist es, die Zellulosebestandteile aus den Abprodukten zu beseitigen, ohne daß die nichtzellulosischen Wertstoffe geschädigt werden und ohne daß aufwendige Apparaturen erforderlich sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unter atmosphärischem Druck und nicht im stark sauren Medium arbeitendes Verfahren zu entwickeln.

Es wurde gefunden, daß sich Fangstoffe der Papierindustrie und zellulosehaltige Alttextilien durch enzymatisch^ Hydrolyse Ъеі schwach saurem pH-Wert im Temperaturgebiet von 40-50 С Ъеі Konzentrationen bis zu 10 $ an Sekundärrohstoff abhängig von der Einwirkungsdauer der Zellulasen bzw. Zellulasekombinationen zu Glukose abbauen lassen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zur Hydrolyse ein Zellulasekombinationspräparat eingesetzt wird, welches aus Zellulasesystemen zweier verschiedener Organismen hergestellt wird, wobei das Zellulasepräparat aus dem Zellulasesystem des einen Organismus endo- und exoglukanasereich, jedoch ß-glukosidasearm und das Zellulasepräparat aus dem Zellulasesystem des anderen Organismus ß-glukosidasereich, jedoch -endo- und exoglukanasearm ist.

Der Abbaugrad, bezogen auf die im Abfallstoff enthaltene aschefreie Zellulose, kann dabei auf nahezu 100 $ gesteigert werden, was bedeutet, daß als Bückstände im Falle Fangstoff der Killstoff und im Falle Alttextilien die synthetische Faser verbleiben.

JL

Der auf enzymatischem Wege regenerierte Füllstoff kann in der Pappen-, Verpackungs- und Tapetenindustrie eingesetzt werden.

Das Hydrolysat enthält bis zu 4 $ Glukose und dient als Ausgangsbasis zur Erzeugung von Ethanol und/oder Einzellerprotein sowie anderen Folgeprodukten, die sich aus Glukose synthetisieren lassen.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Ausführungsbeispiele erläutert,

Beispiel 1

Ansätze von 80 ml Trichoderma-Kulturfiltrat werden auf 100 ml Gesamtflüssigkeit zur Einstellung des pH-Wertes auf pH 5,0 ergänzt und in dieser lösung 1g trocken gedachter Fangstoff der Papierindustrie mit einem !Füllstoffgehalt von 53,6 fo und einem aschefreien Zellulosegehalt von 41,5 % suspendiert

Bei einer Temperatur von 40⁰C beträgt der Abbaugrad nach

6 h - 36 fo 12 h - 63 fo 24 h - 76 °fo 48 h - 96 1o

Beispiel 2

Eine 7,5 $ige Suspension des in Beispiel 1 charakterisierten Fangstoffs wurde 24 h lang bei pH 4,6 und einer Temperatur von 45 ⁰C mit 2,5 mg/ml eines Zellulasekombinationspräparates, dessen I¹P-Aktivität: CMC-Aktivität: ß-Glukosidase-Aktivität.= 1 : 30 : 15 betrug, behandelt. Der erzielte Abbaugrad lag bei 63,2 fi. Nach 48 h Inkubationszeit stieg der Abbaugrad nach Erneuerung der Enzymlösung auf 93 ^.

·♦

Beispiel 3

In 100 ml 0,05 M Azetatpufferlösung vom pH 4,6 wurden bei 45 C 10 g des in Beispiel 1 charakterisierten, trocken gedachten Fangstoffs suspendiert. Nach 24 h Inkubationszeit mit 2,5 mg/ml des in Beispiel 2 verwendeten Zellulasekombinationspräparates betrug der Abbaugrad bereits 67,5 fo.

Beispiel 4

Zu 0,05 M Azetatpufferlösung vom pH 4,6 wurden 2,5 mg/ml zweier Zellulasen, deren IP-Aktivität: CMC-Aktivität: ß-Glukosidase-Aktivität sich wie 1 : 58 : 0,14 bzw. 1 : : 120 verhielten, im Verhältnis von 3 : 2 gegeben. Zu 100 ml dieser auf 45.⁰C temperierten Lösung wurden 10 g Mischfasern (Polyester-Regeneratfasern) mit einem Zelluloseanteil von 33 fo gegeben und 24 h bei dieser Temperatur inkubiert. Mit 3,5 Dinitrosalizylsäure-Agenz wurden 1,63 reduzierende Zucker nachgewiesen, was einem Abbaugrad von 44,8 fo entsprach. Nach Eesuspension des verbliebenen Rückstandes in 50 ml Zellulaselösung und 24 h erneuter Inkubationszeit bei 45 ⁰C und pH 4,6 wurden 1,74 g reduzierende Zucker nachgewiesen, wodurch sich der Abbaugrad auf 92,8 $> erhöhte.

Der Kunstfaseranteil (Polyesterfaser) blieb als unveränderter Rückstand erhalten.

Claims

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Erfindung sanspruch

1. Verfahren zur Hydrolyse zellulosehaltiger Abprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrolyse in Anwesenheit von Zellulasen bzw. Zellulasekombinationen im schwach sauren Medium bei einer Temperatur von 4-0 50 ⁰C durchgeführt v;Ird, robei der Feststoffgehalt in der Hydrolyseflüssigkeit maximal 10 $ beträgt.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ZellulasekomMnation ein Kombinationspräparat eingesetzt wird, welches aus Zellulasesystemen zweier verschiedener Organismen hergestellt wird, wobei das Zellulasepräparat aus dem Zellulasesystem des einen Organismus endo- und exoglukanasereich, jedoch ßglukosidasearm und das Zellulasepräparat aus dem Zellulasesystem des anderen Organismus ß-glukosidasereich, jedoch endo- und exoglukanasearm ist.
3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildete Glukoselösung vom Rückstand abgetrennt wird und der Weiterverarbeitung zu Ethanol und/oder Einzellerprotein und/oder anderen aus Glukose herstellbaren Produkten dient.