DD270715A1 - Verfahren zur isolierung von xylan aus hemicellulose enthaltenden ablaugen des buchenholzes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolierung von Xylan aus Hemicellulose enthaltenden Ablaugen des Buchenholzes. Dabei soll das in der Ablauge geloest vorliegende Xylan in oekonomisch und technisch einfacher Weise direkt ausgefaellt und abgetrennt werden. Die Aufgabe wird geloest, indem die hemicellulosehaltige Lauge bei 5 bis 30C bis zu einem p H-Wert von 2 bis 7 mit Saeure oder sauren Gasen versetzt und danach der entstandene Xylan-Niederschlag mittels allgemein ueblicher Verfahren von der Loesung abgetrennt, mit Wasser salzfrei gewaschen und getrocknet wird. Xylan ist Ausgangspunkt fuer die hochwertigen Produkte wie Xylose und Xylit, die in der menschlichen und tierischen Ernaehrung, Pharmazie und Medizin Verwendung finden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Veifahren, mit dem reines Xylan, das als Ausgangsstoff für u,e Herstellung wertvoller Produkte, z.B. Xylose bzw. Xylit dient, aus ilen bei der Viskoseherstellung anfallenden Ablaugen zurückgewonnen werden kann.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Xylan gehört zu den Pentostinen und ist ein Bestandteil der Hemirellulosen. Es kommt in fast allen pflanzlichen Zellwänden vor, wie z.B. im Holz, in Stroh, Spreu, Samenschalen und Fluchtkernen, wobei sein Anteil in Laubhölzern höher als in Nadelhölzern ist. Die Isolierung des Xylanj kann z. B. durch Extraktion derzu Schnitzeln oder Mehl zerkleinerten Produkte mit Natronlauge oder Kalilauge und anschließend·) Ausfällung durch Zugabe aliphatischer Alkohole, wie Methanol oder Ethanol, erfolgen (Chemie des Holzes, Nikitin, N. I. Akadem eyorlag Berlin 1955). Es ist auch möglich, Xylan in ähnlicher Weise aus entsprechenden Zellstoffen zu isolieren.

Bei der Herstellung von Viskos·) auf Basis von Buchenzellstoff fallen in den Viskosebetrieben bei der Alkalisierung große Mengen von Preß- und Dialyseabk¹ igen an, in dunen Xylan als Bestandteil der Hemicellulose neben niedermolekularer Cellulose und anderen Komponenten gelost vcr'iegt. Die Dialyseablaugen werden bis heute überwiegend ins Abwasser geleitet und erhöhen so in unerwünschter Weise den biologischen Sauerstoffbedarf der Gewässer. Um die Gewässer zu entlasten, wurde versucht, die Hemicellulose vor dem Einleiten der Ablaugen in die Gewässer abzutrennen. So wird in DE-OS 873650 ein Verfahren beschrieben, wonach die Homicellulose aus der Alkalisierlauge mittels Zugabe eines Gemisches aus organischen Lösungsmitteln, von denen eines in Lauge löslich und einas in Lauge unlöslich ist, ausgefällt wird. CH-PS 601552 beinhaltet ein ähnliches Verfahren, in dem als Fällungsmittel aliphatische Alkohole angeführt werden. Die Fällung von Hemicellulose aus Natronabfallaugen mittels Metallsalzen unter Zusatz von hydroxylhaltigen Komplexbildnern, wie Weinsäure, Citronensäure und Glycerol wird in DE-PS 843345 dargelegt. Die aus Ablaugen der Viskoseindustrie abgetrennte Hemicellulose in nutzbringender Weise, wie z. B. als wasserbindendes bzw. Viskositätserhöhendes Mittel zu verwenden', wurde in DE-OS 3405208 beschrieben. Das Verfahren zur Abtrennung der Hemicellulose aus Alkalisierablaugen stellt eine Kombination von Maßnahmen Jar, bei der die Alkalisierlauge zunächst durch Ultrafiltration auf einen höheren Hemiceilulosegehalt aufkonzentriert und danach die Hemicellulose mittels einen Gemisches von aliphatischen Alkoholen gefällt und abzentrifugiert wird. Daran schließt sich eine Nachbehandlung des Niederschlages mit Salzsäure, Wasserstoffperoxid und Magnesiumhydroxiden an. Die auf diese Weise aus Alk alisierablaugen der Viskoseindustrie isolierte Hemicellulose setzt sich aus Xylan, Araban, Glucan, Lignocellulose und Asche zusammen.

Eine direkte Isolierung von Einzelkomponenten der Hemicellulose, ζ. B. Xylan, aus den bei der Viskoseherstellung anfallenden Ablaugen ist bisher nicht beschrieben worden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den wertvollen Rohstoff Xylan nicht—wie üblich — aus dem Primärrohstoff Holz, sondern auf ökonomisch einfache Weise aus den bei der Viskoseherstellung anfallenden Ablaugen zurückzugewinnen und damit gleichzeitig die Gewässer, in die die Laugen eingeleitet werden, zu entlasten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein technisch oinfaches Verfahren zu entwickeln, mit dem das Xylan, das neben anderen Produkten gelöst in den bei der Viskoseherstellung anfallenden Buchenhemicellulose enthaltenden Ablaugen vorliegt, direkt ausgefällt und isoliert werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem die hemicellulosehaltige Lauge vom schwach sauren bis zum neutralen E ereich mit Säure oder sauren Gasen versetzt »/ird, bis sich ein pH-Wert von 2 bis 7 einstellt. Bei Temperaturen von -5 bis +30"C fällt das gewünschte Xylan in wenigen Minuten als kompakter Niederschlag aus. Dieser wird anschließend durch die allgemein üblichen Abtrennungsverfahren, z. B. Zentrifugieren, Dekantieren oder Filtrieren von der Lösung abgetrennt, mit Wasser salzfrei gewaschen und getrocknet. Danach liegt das Xylan als weißes wasserunlösliches carboxylgruppenfreies Pulver vor.

Die Wahl der Ruaktionstemperatur ist dabei von der Laugenkonzentretion, die 1 bis 40% NaOH betragen kann, abhängig. Zur Ausfällung des Niederschlages eignen sich alle zur Einstellung des gewünschten pH-Wertes üblichen Agenzien, z. B. Salz-, Schwefel, Salpeter- oder Essigsäure oder CO₂-, SO₁- sowie HCL-Gas, wobei vorzugsweise Lei einer Reaktionstemperatur von O bis 15⁰C gearbeitet wird.

Der Nachweis des gewonnenen Xylans erfolgte mittels Papierchromatografie. Dazu wurden die isolierten Niederschläge einer Totalhydrolyse unterworfen und die erhaltenen Hydrolysate papierchromatograflsch aufgetrennt. Die Chromatogramme ergaben, daß es sich bei den Niederschlägen um Xylan handelt.

Werden nach der Abtrennung des Xylans der zurückbleibenden Lösung aliphatische Alkohole, wie z. B. Ethanol bzw. Methanol zugegeben, so tritt eine weitere Fällung ein. Dieser nach den üblichen Verfahren abgetrennte und aufgearbeitete Niederschlag erwies sich als ein Gemisch, bestehend aus Cellulose, Mannan, Spuren von Xylan und papierchromatografisch bisher nicht erfaßten Produkten.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich Xylan ohne Zusatz organischer Lösungsmittelgemische in einfacher Weise direkt aus der Ablauge des Buchenholzes, die bei der Viskoseherstellung anfällt, gewinnnen. Der Xylan-Anteil beträgt dabei etwa 50% des Hemicellulosegehaltes, wobei sich dieser gewöhnlich zwischen 1 und 5% bewegt. Ablaugen mit einem Hemicellulosegehalt >5% werden durchspezielle Aufkonzentrationsverfahren hergestellt. Xylan ist Ausgangsprodukt für die hochwertigen Produkte Xylose und Xylit, die in der menschlichen und tierischen Ernährung, Pharmazie und Medizin Verwendung finden.

Ausfuhrungsbe'«piele Beispiel 1

100g Dialyseablauge (2,5% NaOH, 2% Hemicellulose) wurden bei 1O⁰C mit 15%iger HCL auf pH3 eingestellt. Der bei O⁰C entstehende Niederschlag wurde abzentrifugiert, mit Wasser salzfrei gewaschen und getrocknet. 0,98 g Xylan konnten aus der Dialyseablauge isoliert werden.

Beispiel 2

100g Dialyseablauge (2,5 % NaOH, 2% Hemicellulose) wurden bei IiO⁰C mit 10%iger Schwefelsäure auf pH 4 eingestellt. Bei 10⁰C erfolgte eine Fällung des Xylans. Die Isolierung und Reinigung des Xylans erfolgte wie in Beispiel 1 beschrieben. 0,95g Xvlan konnten aus der Dialyseablauge isoliert worden.

Beispiel 3

50g Preßlauge (18% NaOH, 3,4% Hemicellulose) wurden bei 5O⁰C mit 20%iger Schwefelsäure auf pH7 eingestellt. Bii 15X setzte sich das Xylan als Niederschlag ab. Die Isolierung und Reinigung des Xylans erfolgte wie in Beispiel 1 beschrieben. 1,78g Xylan konnten aus der Preßlauge isoliert werden.

Beispiel 4

100g aufkonzentrierte Dialyseablauga (20% NaOH, 20% Hemicellulose) wurden durch Einleiten von SO₂ bei 4O⁰C auf pH 3 eingestellt. Bei 15⁰C erfolgte eine Fällung des Xylans. Die Isolierung und Reibung des Xylans erfolgte wie in Beispiel 1 beschrieben. 9,2 g Xylan konnten isoliert werden.

BeispieS C

100 j aufkonzentrierte Dialyseablauge (40% MaOH, 10% Hemicellulose) wurden durch Hinzugabe von Salpetersäure bei Temperaturen von 0°C auf pH2 eingestellt. Das Xylan setzte sich bei -5⁰C als Niederschlag ab. Die Isolierung und Reinigung des Xylans erfolgte wie in Beispiel 1 beschrieben. 4,2g Xylan konnten isoliert werden.

Beispiel 6

1000g Dialyseablauge (2,5% NaOH, 1,5% Hemicellulose) wurden bei 10⁰C durch Einleiten von SO₂ auf pH3 eingestellt. Die

Fällung des Xylans trat bei einer Temperatur von 2O⁰C ein. Die Isolierung und Reinigung des Xylans erfolgte wie in Beispiel 1

beschrieben. 7g Xylan konnten isoliert werden.

In allen Beispielen wurde das Xylan nach seiner Totalhydrolyse mittels Papierchromatografie als Xylose identifiziert.

Claims (4)

1. Verfahren zur Isolierung von Xylan aus Hemicellulose enthaltenden Ablauger; des Buchenholzes, gekennzeichnet dadurch, daß die buchenhemicellulosohaltige Lauge mit einer Konzentre ;· on von 1 bis 40% NaOH bis zu einem pH-Wort von 2 bis 7 mit Säure oder sauren Gasen versetzt, auf eine Temperatur von -5"C bis +3O⁰C eingestellt und danach der entstandene Xylan-Niederschtsg mittels allgemein üblicher Verfahren von der Lösung abgetrennt, mit Wasser salzfrei gewaschen und getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Lauge Essig-, Schwefel-, Salz- oder Salpetersäure zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in die Lauge HCi-, CO₂- oder SO₂-GaS eingeleite» werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Reaktionstemperatur O⁰C bis 15°C beträgt.