FI120590B - Erotusmenetelmä - Google Patents

Erotusmenetelmä Download PDF

Info

Publication number
FI120590B
FI120590B FI20055581A FI20055581A FI120590B FI 120590 B FI120590 B FI 120590B FI 20055581 A FI20055581 A FI 20055581A FI 20055581 A FI20055581 A FI 20055581A FI 120590 B FI120590 B FI 120590B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
xylose
nanofiltration
process according
permeate
range
Prior art date
Application number
FI20055581A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20055581A (fi
FI20055581A0 (fi
Inventor
Heikki Heikkilae
Hannu Koivikko
Elina Sjoeman
Mika Maenttaeri
Original Assignee
Danisco Sweeteners Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Danisco Sweeteners Oy filed Critical Danisco Sweeteners Oy
Publication of FI20055581A0 publication Critical patent/FI20055581A0/fi
Priority to FI20055581A priority Critical patent/FI120590B/fi
Priority to PCT/FI2006/050465 priority patent/WO2007048880A1/en
Priority to US12/091,908 priority patent/US8287652B2/en
Priority to CA2626275A priority patent/CA2626275C/en
Priority to DK06808005.0T priority patent/DK1941064T3/en
Priority to PCT/FI2006/050464 priority patent/WO2007048879A1/en
Priority to CA2627405A priority patent/CA2627405C/en
Priority to US12/091,249 priority patent/US8613858B2/en
Priority to EP06808006A priority patent/EP1941063A4/en
Priority to EP06808005.0A priority patent/EP1941064B1/en
Publication of FI20055581A publication Critical patent/FI20055581A/fi
Priority to ZA200803318A priority patent/ZA200803318B/xx
Priority to ZA200803317A priority patent/ZA200803317B/xx
Application granted granted Critical
Publication of FI120590B publication Critical patent/FI120590B/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K13/00—Sugars not otherwise provided for in this class
    • C13K13/002—Xylose
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/027—Nanofiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/12—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • C13B20/00—Purification of sugar juices
    • C13B20/16—Purification of sugar juices by physical means, e.g. osmosis or filtration
    • C13B20/165—Purification of sugar juices by physical means, e.g. osmosis or filtration using membranes, e.g. osmosis, ultrafiltration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K1/00—Glucose; Glucose-containing syrups
    • C13K1/02—Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of cellulosic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K1/00—Glucose; Glucose-containing syrups
    • C13K1/02—Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of cellulosic materials
    • C13K1/04—Purifying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K13/00—Sugars not otherwise provided for in this class
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/10—Temperature control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/18—Details relating to membrane separation process operations and control pH control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/08—Flow guidance means within the module or the apparatus
    • B01D2313/083—Bypass routes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
    • B01D2315/14—Batch-systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2317/00—Membrane module arrangements within a plant or an apparatus
    • B01D2317/04—Elements in parallel

Description

Erotusmenetelmä
Keksinnön ala
Esillä oleva keksintö koskee parannettua menetelmää ksyloosin ottamiseksi talteen nanosuodatuksella kasvipohjaisen biomassahydrolysaatin 5 liuoksesta säätämällä ksyloosivuota nanosuodatusmenetelmässä.
Keksinnön tausta
Ksyloosi on arvokas raaka-aine makeis-, aromiaine- ja makuaine-teollisuudessa ja erityisesti lähtöaineena ksylitolin valmistuksessa. Ksyioosia muodostuu ksylaania sisältävän hemiselluloosan hydrolyysissä, esimerkiksi 10 biomassan suorassa happohydrolyysissä, esihydrolyysillä (esimerkiksi vesihöyryn tai etikkahapon avulla) biomassasta saadun esihydrolysaatin entsy-maattisessa tai happohydrolyysissä ja suifiittimassan valmistusmenetelmissä. Runsaasti ksylaania sisältäviin kasvimateriaaleihin kuuluvat erilaisista puulajeista, erityisesti lehtipuista, kuten koivusta, haavasta ja pyökistä peräisin oleva 15 puumateriaali, viljakasvien eri osat (kuten olki ja akanat, erityisesti maissin ja ohran akanat ja maissintähkät ja maissikuidut), bagassi, kookospähkinän kuoret, puuvillan siemenkuoret jne.
Ksyioosia voidaan ottaa talteen kiteyttämällä esimerkiksi alkuperältään ja puhtaudeltaan erilaisista ksyioosia sisältävistä liuoksista, kuten sulfiitti-20 jäteliemistä. Sulfiittijäteliemet sisältävät ksyloosin lisäksi tyypillisinä ainesosina lignosulfonaatteja, sulfiittikeittokemikaaleja, ksylonihappoa, oligomeerisiä sokereita, dimeerisiä sokereita ja monosakkarideja (muita kuin haluttua ksyioosia) sekä karboksyylihappoja, kuten etikkahappoa, ja uronihappoja.
Ennen kiteytystä on yleensä välttämätöntä puhdistaa selluloosama-25 teriaalin hydrolyysin seurauksena saatu ksyioosia sisältävä liuos tarvittavaan puhtausasteeseen erilaisin menetelmin, kuten suodatuksella mekaanisten epäpuhtauksien poistamiseksi, ultrasuodatuksella, ioninvaihdolla, värinpoistolla, ionieksluusiolia tai kromatografialla tai niiden yhdistelmällä.
Ksyioosia syntyy suuria määriä selluteollisuudessa, esimerkiksi leh-30 tipuumateriaalin sulfiittikeitossa. Kromatografisia menetelmiä ksyloosin erottamiseksi mainitunlaisista keittoiiemistä on kuvattu esimerkiksi US-patentissa 4 631 129 (Suomen Sokeri Oy), US-patentissa 5 637 225 (Xyrofin Oy) ja US-patentissa 5 730 877 (Xyrofin Oy).
On myös tunnettua käyttää membraanitekniikoita, kuten ultrasuoda-35 tusta, sulfiittijäteliemien puhdistukseen (esimerkiksi Papermaking Science and 2
Technology, osa 3: Forest Products Chemistry, toim. Johan Gullichsen, Hannu Paulapuro ja Per Stenius, Teknillinen Korkeakoulu, julkaistu yhteistyössä Suomen Paperi-insinöörien Yhdistyksen ja TAPPkn kanssa, Gummerus, Jyväskylä, Suomi 2000, s. 86). Moolimassaltaan suuret lignosulfonaatit voidaan 5 siten erottaa uitrasuodatuksella moolimassaltaan pienistä ainesosista, kuten ksyloosista.
Nanosuodatus on suhteellisen uusi paineen avulla toteutettava membraanisuodatusmenetelmä, joka on käänteisosmoosin ja ultrasuodatuk-sen välialueella. Nanosuodatus pidättää tyypillisesti suuria ja orgaanisia mole-10 kyylejä, joiden moolimassa on yli 300 g/mol. Tärkeimmät nanosuodatusmem-braanit ovat rajapintapolymeroinnilla valmistettuja komposiittimembraaneja. Polyeetterisulfonimembraanit, sulfonoidusta polyeetterisulfonista koostuvat membraanit, polyesterimembraanit, polysulfonimembraanit, aromaattisesta polyamidista koostuvat membraanit, polyvinyylialkoholimembraanit ja polypipe-15 ratsiinimembraanit ovat esimerkkejä paljon käytetyistä nanosuodatusmem-braaneista. Myös epäorgaanisia ja keraamisia membraaneja käytetään na-nosuodatukseen.
Nanosuodatusmembraanien määrittelyyn on käytetty niiden kykyä torjua vain ionit, joiden negatiivinen varaus on suurempi kuin yksi, kuten sul-20 faatti tai fosfaatti, samalla kun ne päästävät läpi yksinkertaisesti varautuneet ionit. Yksi toinen tunnusmerkillinen piirre on niiden kyky torjua varautumatto-mia, liuenneita materiaaleja ja positiivisesti varautuneita ioneja kyseisen molekyylin koon ja muodon mukaan. Nanosuodatukseen liittyvän molekyylikoon nimellisen katkaisukokoarvon määritellään olevan alueella 100- 1 000 g/moi.
25 Nanosuodatusta on käytetty monosakkaridien, kuten glukoosin ja mannoosin erottamiseen disakkarideista ja korkeammista sakkarideista. Mo-nosakkarideja, disakkarideja ja korkeampia sakkarideja sisältävä lähtöseos voi olla esimerkiksi tärkkelyshydrolysaatti.
US-patentissa 5 869 297, Archer Daniels Midland Co. (julkaistu 9. 30 helmikuuta 1999) kuvataan nanosuodatusmenetelmä dekstroosin valmistamiseksi. Tämä menetelmä käsittää korkeampia sakkarideja, kuten disakkarideja ja trisakkarideja, epäpuhtauksina sisältävän dekstroosikoostumuksen nano-suodatuksen, Saadaan dekstroosikoostumus, jonka kiintoainesisäilöstä vähintään 99 % on dekstroosia. Nanosuodatusmembraaneina on käytetty silloitetus-35 ta aromaattisesta polyamidista koostuvia membraaneja.
3
Julkaisussa WO 99/28 490, Novo Nordisk AS (julkaistu 10. kesäkuuta 1999) (=US 6 329 182) kuvataan menetelmä sakkaridien saattamiseksi reagoimaan entsymaattisesti ja monosakkarideja, disakkarideja, trisakkarideja ja korkeampia sakkarideja sisältävän entsyymaattisesti käsitellyn sakkaridiliuok-5 sen nanosuodattamiseksi. Monosakkaridit saadaan nanosuodatuspermeaat-tiin, kun taas disakkarideja ja korkeampia sakkarideja sisältävä oligosakkaridi-siirappi saadaan retentaattiin. Disakkarideja ja korkeampia sakkarideja sisältävä retentaatti otetaan talteen. Nanosuodatusmembraanina on käytetty esimerkiksi polysulfoniohutkalvokomposiittimembraania, jonka katkaisukokoraja on al-10 Ie100g/mol.
US-patentti 4 511 654, UOP Inc. (julkaistu 16. huhtikuuta 1985) koskee menetelmää runsasglukoosisen tai -maltoosisen siirapin tuottamiseksi käsittelemällä glukoosia/maltoosia sisältävä raaka-aine amyioglukosidaasin ja β-amylaasin joukosta valitulla entsyymillä, niin että muodostuu osittain hydroly-15 soitu reaktioseos, johtamalla tuloksena oleva osittain hydrolysoitu reaktioseos ultrasuodatusmembraanin läpi, niin että muodostuu retentaatti ja permeaatti, johtamalla retentaatti takaisin entsyymikäsittelyvaiheeseen ja ottamalla talteen permeaatti, joka sisältää runsasglukoosisen tai -maltoosisen siirapin.
US-patentti 6 126 754, Roquette Freres (julkaistu 3. lokakuuta 2000) 20 koskee menetelmää runsaasti dekstroosia sisältävän tärkkelyshydrolysaatän valmistamiseksi. Tässä menetelmässä tärkkelysmaidolle tehdään entsymaatti-nen käsittely sellaisen raakahydrolysaatin aikaansaamiseksi, jolle on tehty muuttaminen sokeriksi. Siten saadulle hydrolysaatiile tehdään sitten nano-suodatus toivotun dekstroosipitoisuudeltaan suuren tärkkelyshydrolysaatin ot-25 tamiseksi talteen nanosuodatuspermeaattina.
US-patentissa 6 406 546 B1, Tate&Lyle Industries (julkaistu 18. kesäkuuta 2002) kuvataan menetelmä sakkaroosin saamiseksi taiteen sakkaroosia sisältävästä siirapista nanosuodattamalla siirappi nanosuodatusmem-braanin läpi ja ottamalla talteen sakkaroosin suhteen rikastunut nanosuodatus-30 retentaatti. Inverttisokerien esitetään kulkevan nanosuodatusmembraanin läpi nanosuodatuspermeaattiin. Kyseisen julkaisun kuvio 3 esittää kolmivaiheista nanosuodatusmenetelmää sakkaroosia sisältävän nanosuodatusretentaatin aikaansaamiseksi.
Julkaisussa US 2003/0 092 136A1, D. Delobeau (julkaistu 15. tou-35 kokuuta 2003) kuvataan menetelmä runsaasti dekstroosia sisältävän tärkkelyshydrolysaatin valmistamiseksi kaksivaiheisella nanosuodatusmenetelmällä.
Dekstroosin (glukoosin) suhteen rikastunut nanosuodatuspermeaatti otetaan talteen.
4
Julkaisussa US 2002/0 079 268 A1, J-J Caboche (julkaistu 27. kesäkuuta 2002) kuvataan fermentointiväliaineen valmistusmenetelmä hyvin puh-5 taiden metaboliittien (kuten orgaanisten happojen, esimerkiksi optisesti puhtaan (--maitohapon) tuottamiseksi uusiutuvasta materiaalista (kuten vehnän liukenevista aineksista tai maissinliotusvedestä) nanosuodatuksella ja/tai elekt-rodialyysillä. Nanosuodatuksen/elektrodialyysin tarkoituksena on eliminoida molekyylimassaltaan pieniä epäpuhtauksia raaka-aineesta.
10 US-patentissa 5 965 028, Reilly Industries (julkaistu 12. lokakuuta 1999) kuvataan menetelmä sitruunahapon erottamiseksi nanosuodatuksella vähemmän toivottavista ainesosista, joiden molekyylimassa on samankaltainen kuin sitruunahapon (kuten glukoosista ja/tai fruktoosista). Sitruunahapon suhteen rikastunut nanosuodatuspermeaatti otetaan talteen. Nanosuodatuk-15 seen käytetty syöttö on tyypillisesti selkeytetty sitruunahappofermentointiliemi.
M. Saska et ai. käsittelevät värin poistamista valkoisesta ruokosokerista nanosuodatuksella julkaisussa "Direct Production of White Cane Sugar with Clarification and Decolorization Membranes", Sugar Journal, marraskuu 1995, s. 19 - 21 ja joulukuu 1995, s. 29-31. Ultrasuodatetun selkeytetyn me- 20 hun värinpoisto toteutettiin G-10-ohutkalvonanosuodatusmembraaneilla, joiden moiekyylimassakatkaisukoko oli 2 500 daltonia.
N. Aydogan et ai. (Department of Chemical Engineering, Middle East Technical University, Ankara, Turkki) käsittelevät sokereiden erotusta ja talteenottoa nanosuodatuksella julkaisussa "Effect of operating parameters on 25 the separation of sugars by nanofiltration", Separation Science and Technology 33, nro 12 (1998) 1767 - 1785. On esimerkiksi havaittu, että permeaattivuo kasvoi syötön virtausnopeuden kasvaessa. On myös havaittu, että paineen ja permeaattivuon välillä vallitsee lineaarinen riippuvuus paineeseen 30 bar asti. Pitoisuuden vaikutuksen tutkimiseksi käytettiin 1 - 10-painoprosenttisia sakka-30 roosi- ja glukoosiliuoksia, jolloin havaittiin, että permeaattivuo pieneni pitoisuuden kasvaessa.
M. L. Bruening et ai. (Department of Chemistry, Michigan State University, East Lansing, Ml, USA) ovat tutkineet monikerroksisten polyelektrolyyt-timembraanien käyttäytymistä julkaisussa "Nanofiltration with multilayer polye-35 lectrolyie membranes", PMSE Preprints 89 (2003) 169. Polyelektrolyyttikalvo-jen pienimmän mahdollisen paksuuden nanosuodatusmembraaneina sanotaan 5 mahdollistavan suuren vuon nanosuodatuksessa. Lisäksi havaittiin, että varaus oil tärkein tekijä pienten neutraalien molekyylien (kuten metanolin ja glyserolin) nanosuodatuksessa. Esitetään myös, että suurempien neutraalien molekyylien (so. glukoosin ja sakkaroosin) välillä saavutetaan selektiivisyys 150.
5 Julkaisussa Chemistry and Industry of Forest Products 22, nro 1 (2002) 77 - 81 esitetään katsaus, jossa käsitellään membraanierotuksen käyttöä ksylaaniuutteille tehtävässä suoianpoistossa, konsentroinnissa ja puhdistuksessa, ksylo-oligosakkaridien erottamisessa ksylaanihydrolysaateista ja oligosakkaridien luokittelussa ja puhdistuksessa. Julkaisussa esitetään esi-10 merkkejä uusiutuvien kasviiähteiden käsittelemisestä käyttämällä membraa-nierotusta. Näihin kuuluvat esimerkiksi jatkuva etanolifermentointi yhdistettynä membraanierotukseen ja kasviksyloosiliuoksen konsentrointi nanosuodatuksel-la.
G. Yang et ai. (Membrane Science and Technology Research Cen-15 ter, Nanjing University of Chemical Technology, Nanjing, Kiina) käsittelevät ksyloosin nanosuodatusta julkaisussa "Concentration of xylose solution through nanofiltration", Mo Kexue Yu Jishu 20, nro 5 (2000) 21 - 26 (kiinankielinen lehti), Tässä tutkimuksessa käytettiin kahta spiraalimaista nanosuodatusmoduuli-tyyppiä, joiden katkaisukokoraja oli erilainen, teollisen raakaksyloosin nano-20 suodatusmenetelmän tutkimiseen. Esitetään, että ksyloosiliuos konsentroitui pitoisuudesta 4 % pitoisuuteen 20 % nanosuodatusiaitteistolla, joka käsitti 4-vaiheisen sarjakytkentärakenteen.
G. S. Murthy et ai. (Membrane Separations Group, Chemical Engineering Division, Indian institute of Chemical Technology, Hyderabad, Intia) 25 käsittelevät ksyloosin konsentrointia nanosuodatuksella julkaisussa "Concentration of xylose reaction liquor by nanofiltration for the production of xylitol sugar alcohol", Separation and Purification Technology 44 (2005) 221 - 228. Nanosuodatuskokeita tehtiin koetehdasmitassa käyttämällä spiraalimaista polyamidi (PA) -membraanimoduulia, jonka molekyylimassakatkaisukokoraja oli 30 300 ja tehollinen pinta-ala 1 m2. Esitetään, että syöttöpaineen ollessa 20 bar ksyloosi konsentroitui pitoisuudesta 2% pitoisuuteen 10% keskimääräisen vuon ollessa kohtalaisen suuri, 241 l/(m2h) ja rejektion ollessa >99 %, mikä osoitti mitättömiä sokerihäviöitä permeaattiin. Nanosuodatuksen syöttö oli riisin akanoiden happohydrolysaatti. Tämän viitteen mukaan ksyloosi konsentroituu 35 nanosuodatusretentaattiin. Konsentroidun ksyloosituotteen puhtautta riisin akanoiden hydrolysaatin muiden ainesosien suhteen ei käsitellä.
6
Julkaisuissa WO 02/053 783 ja WO 02/053 781, Danisco Sweeteners Oy (julkaistu 11. heinäkuuta 2002) kuvataan menetelmä ksyloosiliuok-sen tuottamiseksi biomassahydrolysaatista tekemällä biomassahydrolysaatille nanosuodatus ja ottamalla talteen nanosuodatuspermeaattina ksyloosin suh-5 teen rikastunut liuos. Nanosuodatukseen käytetty syöttö voi olla esimerkiksi sulfiittijäteliemi, joka sisältää seoksen muita läheistä sukua olevia monosakka-rideja, kuten glukoosia, galaktoosia, ramnoosia, arabinoosia ja mannoosia, halutun ksyloosin lisäksi. Havaittiin, että nanosuodatus konsentroi tehokkaasti pentoosisokerelta, kuten ksyloosia, nanosuodatuspermeaattiin, kun taas hek-10 soosisokerit jäivät nanosuodatusretentaattiin. Nanosuodatuksesta saadun permeaatin kuiva-ainepitoisuus oli kuitenkin suhteellisen pieni (1-2 %) ja ksy-loosipitoäsuus siten pieni. Ksyloosisaannot olivat lisäksi pieniä (alle 20 %). Menetelmän teho ei täten ollut riittävä teolliseen toimintaan.
Keksinnön lyhyt selitys 15 Esillä olevan keksinnön yhtenä tavoitteena on saada aikaan paran nettu menetelmä ksyloosin ottamiseksi talteen nanosuodatuksella kasvipohjaisen biomassahydrolysaatin liuoksista, jotta lievitetään edellä mainittuja tunnettuihin menetelmiin liittyviä epäkohtia, erityisesti tunnettujen menetelmien riittämättömään toimintatehoon liittyviä ongelmia, mukaan luettuina liiallinen laime-20 neminen ja pienet ksyloosisaannot, jotka tekevät näistä menetelmistä epätaloudellisia teollisessa mitassa. Keksinnön tavoitteet saavutetaan menetelmällä, jonka tunnusmerkit esitetään itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot kuvataan epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.
Keksintö perustuu ksyloosin nanosuodatuksen toimintatehon paran-25 tamiseen säätämällä ksyloosivuota nanosuodatusmenetelmässä. Yllättävästi on havaittu, että säätämällä nanosuodatusyötön kuiva-ainepitoisuus suhteellisen suureksi, edullisesti alueelle 25 - 35 painoprosenttia, ja säätämällä samanaikaisesti syötön ksyloosipitoisuus tyypillisesti alueella 35 - 50 painoprosenttia, saavutettiin nanosuodatuksessa suuri ksyloosivuo, mikä johti ksyloosin 30 rikastumiseen permeaattiin hyvällä saannolla ja kuiva-ainepitoisuuden vähäiseen pienenemiseen. Ksyloosivuon lisäparannuksia saatiin aikaan säätämällä muita prosessiparametrejä, kuten nanosuodatuspainetta ja -lämpötilaa. Samanaikaisesti saatiin aikaan edullinen ksyloosirikastumistekijä nanosuodatus-permeaatissa yhdistyneenä nanosuodatuspermeaatin edulliseen laimenemis-35 asteeseen, mikä johti nanosuodatusoperaation hyvään toimintatehoon.
7
Piirustusten selitys
Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin edullisten suoritusmuotojen avulla viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1a esittää nanosuodatuspermeaatin ksyloosipuhtautta ksyloo-5 sivuon funktiona esimerkin 1a mukaisessa nanosuodatuksessa.
Kuvio 1b esittää nanosuodatuspermeaatin ksyloosipuhtautta ksy-loosivuon funktiona esimerkin 1b mukaisessa nanosuodatuksessa.
Kuvio 2a esittää ksyloosin määrää nanosuodatuspermeaatissa ja ksyloosivuota syötön kuiva-ainepitoisuuden funktiona esimerkin 2 mukaisessa 10 nanosuodatuksessa.
Kuvio 2b esittää permeaatin laimenemistekijää ja ksyloosirikastu-mistekijää syötön kuiva-ainepitoisuuden funktiona esimerkin 2 mukaisessa nanosuodatuksessa.
Kuvio 3 esittää permeaatin laimenemistekijää ksyloosivuon funktio-15 na esimerkin 3 mukaisessa nanosuodatuksessa.
Kuvio 4a esittää ksyloosipuhtaustekijää glukoosiin nähden koko-naispermeaattivuon funktiona esimerkin 4 mukaisessa nanosuodatuksessa.
Kuvio 4b esittää kokonaissokerivuota (ksyloosi + glukoosi) nano-suodatuspaineen funktiona esimerkin 4 mukaisessa nanosuodatuksessa.
20 Keksinnön yksityiskohtainen selitys
Keksintö koskee menetelmää ksyloosin ottamiseksi talteen nano-suodatukselia ksyioosia sisältävän kasvipohjaisen biomassahydrolysaatin liuoksesta, joka menetelmä käsittää seuraavaa: liuokselle tehdään nanosuodatus säätäen ksyloosivuo alueelle 0,1 -25 10, edullisesti 0,2 - 5 ja edullisimmin 0,3 - 3 kg ksyioosia/(m2h) nanosuodatus-retentaatin ja nanosuodatuspermeaatin aikaansaamiseksi ja otetaan talteen nanosuodatuspermeaatti, joka käsittää ksyloosin (% kuiva-aineesta) suhteen rikastuneen liuoksen.
Esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä nanosuodatus-30 syöttönä käytetyn kasvipohjaisen biomassahydrolysaatin liuoksen kuiva-ainepitoisuus säädetään tyypillisesti alueelle 5-60 painoprosenttia, edullisesti 10 -40 painoprosenttia ja edullisemmin 25 - 35 painoprosenttia. Nanosuodatus-syötön ksyloosipitoisuus säädetään tyypillisesti alueelle 10-65%, edullisesti 15-65 % ja edullisimmin 35 - 50 % kuiva-aineesta.
8
Nanosuodatuksesta saadun nanosuodatuspermeaatin tyypillinen kuiva-ainepitoisuus on alueella 2 - 55 painoprosenttia, edullisesti 5-40 painoprosenttia ja edullisimmin 10-30 painoprosenttia. Nanosuodatuspermeaatin ksyloosipitoisuus on tyypillisesti alueella 25 - 99 %, edullisesti 35 - 85 % ja 5 edullisimmin 45 - 70 % kuiva-aineesta.
Menetelmä antaa tyypillisesti tulokseksi nanosuodatuspermeaatin ksyioosirikastumistekijän, joka yli 1,2, tyypillisesti alueella 1,2-6, ja permeaa-tin laimenemistekijän yli 0,2, edullisesti yli 0,5.
Keksinnön mukainen menetelmä antaa tyypillisesti tulokseksi ksy-10 loosisaannon yli 20 %, edullisesti yli 60 %, edullisemmin yli 80 % ja edullisimmin yli 90 % nanosuodatussyötössä olevasta ksyloosista.
Esillä olevan keksinnön mukainen nanosuodatus toteutetaan lämpötila-alueella 10 - 150 °C, edullisesti 30 - 95 °C ja edullisimmin 40 - 70 °C. Na-nosuodatuspaine on alueella 10-90 bar, edullisesti 20 - 70 bar ja edullisimmin 15 30 -45 bar.
pH on esillä olevan keksinnön mukaisessa nanosuodatusmenetel-mässä 1-10, edullisesti 2 - 8 ja edullisimmin 3-6. Ksyloosin stabiilius on hyvä pH-alueella 3 - 6. pH voidaan säätää halutulle alueelle divalenttisia kationeja, kuten esimerkiksi Mg2+:a ja Ca2+:a sisältävillä yhdisteillä. Kun nanosuodatus-20 syöttönä käytetään jätelientä, syötön pH säädetään edullisesti käyttämällä samaa reagenssia kuin on käytetty massanvalmistusvaiheessa, kuten esimerkiksi Ca(OH)2:a tai MgO:a,
Keksinnön yhdessä suoritusmuodossa ksyloosivuota säädetään na-nosuodatuksessa säätämällä nanosuodatussyötön kuiva-ainepitoisuus alueelle 25 25 - 35 painoprosenttia. Keksinnön yhdessä lisäsuoritusmuodossa ksyloosivuota säädetään nanosuodatuksessa säätämällä nanosuodatussyötön ksyloosipitoisuus alueelle 15-50 % kuiva-aineesta. Keksinnön vielä yhdessä lisäsuoritusmuodossa ksyloosivuota säädetään nanosuodatuksessa säätämällä lämpötila alueelle 55 - 70 °C. Keksinnön vielä yhdessä lisäsuoritusmuodossa ksy-30 loosivuota säädetään nanosuodatuksessa säätämällä nanosuodatuspaine alueelle 30 - 40 bar. Keksinnön vielä yhdessä lisäsuoritusmuodossa ksyloosivuota säädetään nanosuodatuksessa säätämällä pH alueelle 4-6. Keksinnön yhdessä erityisen edullisessa suoritusmuodossa ksyloosivuota säädetään säätämällä kaksi tai useampia edellä mainituista prosessiparametreistä halutulle 35 alueelle.
9
Esillä olevan keksinnön yhteydessä käytettävä nanosuodatusmem-braani voidaan valita sellaisten polymeeri- ja epäorgaanisten membraanien joukosta, joiden katkaisukokoraja on 150 - 1 000 g/mol, edullisesti 150-250 g/mol, 5 Esillä olevan keksinnön yhteydessä käytettävät nanosuodatusmem- braanit voidaan valita polymeeri- ja epäorgaanisten membraanien joukosta.
Tyypillisiin esillä olevan keksinnön yhteydessä käyttökelpoisiin membraaneihin kuuluvat esimerkiksi polyeetterisulfonimembraanit, sulfonoi-dusta polyeetterisulfonista koostuvat membraanit, poiyesterimembraanit, poly-10 sulfonimembraanit, aromaattisesta polyamidista koostuvat membraanit, polyvi-nyyliaikoholimembraanit ja polypiperatsiinimembraanit sekä niiden yhdistelmät. Selluloosa-asetaattimembraanit ovat myös käyttökelpoisia nanosuodatus-membraaneina esillä olevan keksinnön yhteydessä.
Tyypillisiin epäorgaanisiin membraaneihin kuuluvat esimerkiksi 15 ZrC>2- ja AhOs-membraanit.
Edullisia nanosuodatusmembraaneja valitaan sulfonoidusta polyeet-terisulfonista koostuvien membraanien ja polypiperatsiinimembraanien joukosta. Käyttökelpoisia erityisiä membraaneja ovat esimerkiksi nanosuodatusmem-braanit Desal-5 DKja Desal-5 DL (valmistaja Osmonics).
20 Esillä olevan keksinnön yhteydessä käyttökelpoisilla nanosuoda- tusmembraaneiila voi olla negatiivinen tai positiivinen varaus. Membraanit voivat olla ionisia membraaneja, so. ne voivat sisältää kationisia tai anionisia ryhmiä, mutta neutraalitkin membraanit ovat käyttökelpoisia. Nanosuodatus-membraanit voidaan valita hydrofobisten ja hydrofiilisten membraanien joukos-25 ta.
Nanosuodatusmembraanien yksi muoto on litteän levyn muoto. Membraanirakenne voidaan valita myös esimerkiksi putkien, spiraalimaisten membraanien ja onttojen kuitujen joukosta. ’’Suurilla leikkausvoimilla toimivia" membraaneja, kuten värähteleviä membraaneja ja pyöriviä membraaneja, voi-30 daan myös käyttää.
Nanosuodatusmembraanit voidaan ennen nanosuodatusoperaatiota esikäsitellä pesemällä ne pesuaineella, tyypillisesti happamalla pesuaineella. Myös emäksisiä pesuaineita tai etanolia voidaan käyttää.
Nanosuodatussyöttönä esillä olevan keksinnön yhteydessä käytet-35 tävä liuos on ksyloosia ja muita monosakkarideja sisältävän kasvipohjaisen biomassahydrolysaatin liuos. Tätä liuosta voidaan saada minkä tahansa kasvi- 10 pohjaisen biomassan, tyypillisesti ksylaania sisältävän kasvimateriaalin, hydro-lyysistä. Keksinnön yhdessä edullisessa suoritusmuodossa ksylaania sisältävän kasvimateriaalin hydrolysaatti käsittää lignoselluloosamateriaalin, tyypillisesti puumateriaalin, hydrolysaatin. Puumateriaali voi olla peräisin erilaisista 5 puulajeista, erityisesti lehtipuista, kuten koivusta, haavasta ja pyökistä. Ksylaania sisältävä kasvimateriaali voi esillä olevan keksinnön yhteydessä lisäksi käsittää viljakasvien eri osia (kuten olkea ja akanoita, erityisesti maissin ja ohran akanoita, maissintähkiä ja maissäkuituja), bagassia, kookospähkinän kuoria, puuvillan siemenkuoria jne.
10 Nanosuodatussyöttönä käytettävä biomassahydrolysaatti voidaan saada biomassan suorasta happohydrolyysistä, esihydrolyysillä (esimerkiksi vesihöyryn tai etikkahapon avulla) biomassasta saadun esihydrolysaatin ent-symaattisesta tai happohydrolyysistä ja erityisesti sulfiittimassan valmistusmenetelmistä.
15 Keksinnön mukaisessa menetelmässä lähtömateriaalina käytettävä biomassahydrolysaatti voi myös olla biomassapohjaisen materiaalin hydroiyy-sistä saadun biomassahydrolysaatin jokin osa. Mainittu biomassahydrolysaatin osa voi olla esimerkiksi ultrasuodatuksella tai kromatografialla saatu esipuhdis-tettu hydrolysaatti.
20 Biomassahydrolysaatti, jota käytetään ksyloosin ottamiseksi talteen esillä olevan keksinnön mukaisesti, voi olla massanvaimistusmenetelmästä saatu jäteliemi. Yksi tyypillinen esillä olevan keksinnön yhteydessä käyttökelpoinen liemi on ksyloosia sisältävä sulfiittijäteliemi, jota saadaan edullisesti happamasta sulfiittimassan valmistuksesta. Jäteliemi voidaan saada suoraan 25 sulfiittimassan valmistuksesta. Se voi olla myös konsentroitua sulfiittikeittolien-tä tai sulfiittikeiton sivuvirta. Se voi olla myös ksyloosia sisältävä jae, joka on saatu kromatografisesti sulfiittikeittoliemestä, tai permeaatti, joka on saatu ult-rasuodattamalla sulfiittikeittoliemi. Sopiva on lisäksi neutraalista keitosta saatu jälkihydrolysoitu jäteliemi. Esillä olevan keksinnön yhteydessä käyttökelpoinen 30 jäteliemi saadaan edullisesti lehtipuumassan valmistuksesta. Myös havupuu-massan valmistuksesta saatu jäteliemi on sopivaa, edullisesti sen jälkeen, kun pääosa heksooseista on poistettu esimerkiksi fermentoimalla.
Käsiteltävä jäteliemi voi esillä olevan keksinnön yhteydessä olla myös mikä tahansa muu liemi, joka on saatu kasvipohjaisen biomassan pilk-35 komisesta tai hydrolyysistä, tyypillisesti selluloosamateriaalin käsittelystä hapolla. Mainitunlaista hydrolysaattia voidaan saada selluloosamateriaaiista esi- 11 merkiksi käsittelemällä epäorgaanisella hapolla, kuten vetykloridihapolla, rikkihapolla, rikkidioksidilla tai typpihapolla, tai käsittelemällä orgaanisella hapolla, kuten muurahaishapolla tai etikkahapolia. Liuotinpohjaisesta massanvalmistuksesta, kuten etanolipohjaisesta massanvalmistuksesta, saatua jätelientä 5 voidaan myös käyttää. SA-keitosta tuleva jäteiiemi tai sen ksylaanipitoinen jae, joka on otettu talteen ultrasuodatuksella, on myös käyttökelpoista tämän keksinnön yhteydessä. Myös biomassapohjaista tislausjäännöstä voidaan käyttää. Mainitunlaista tislausjäännöstä voidaan saada esimerkiksi etanolin tislauksesta.
10 Lehtipuusulfiittimassan valmistuksen jäteiiemi sisältää ksyloosin li säksi myös muita monosakkarideja, tyypillisesti 10 - 30% ksyloosisisällöstä. Mainittuihin muihin monosakkarideihin kuuluvat esimerkiksi glukoosi, galaktoo-si, ramnoosi, arabinoosi ja mannoosi. Ksyloosi ja arabinoosi ovat pentoosiso-kereita, kun taas glukoosi, galaktoosi, ramnoosi ja mannoosi ovat heksoosiso-15 kereita. Lehtipuusulfiittimassan valmistuksen jäteiiemi sisältää tyypillisesti lisäksi massanvaimistuskemikaalijäämiä ja massanvalmistuskemikaalien reaktiotuotteita, lignosulfonaatteja, oligosakkarideja, disakkarideja, ksylonihappoa, uronihappoja, metallikationeja, kuten kalsium- ja magnesiumkationeja, ja sulfaatti- ja sulfiitti-ioneja. Lähtömateriaalina käytettävä biomassahydrolysaatti 20 sisältää myös biomassan hydrolysointiin käytettyjen happojen jäämiä.
Käsiteltävän jäteliemen ksyloosipitoisuus on tyypillisesti 10-40 painoprosenttia kuiva-ainepitoisuudesta. Lehtipuusulfiittimassan valmistuksesta suoraan saadun jäteliemen tyypillinen ksyloosipitoisuus on 10 - 25% kuiva-ainepitoisuudesta, 25 Menetelmä voi käsittää myös yhden tai useampia esikäsitteiytoi- menpiteitä. Ennen nanosuodatusta tehtävä esikäsittely valitaan tyypillisesti ioninvaihdon, membraanisuodatuksen, kuten ultrasuodatuksen, kromatografian, konsentroinnin, pH:n säädön, suodatuksen, laimennuksen ja niiden yhdistelmien joukosta. Lähtöaineliemi voidaan ennen nanosuodatusta siten edullisesti 30 käsitellä esimerkiksi ultrasuodatuksella tai kromatografialla. Ennen nanosuodatusta voidaan lisäksi käyttää esisuodatusvaihetta kiinteiden ainesten poistamiseksi. Lähtöaineliemen esikäsittely voi käsittää myös konsentroinnin, esimerkiksi haihduttamalla, ja neutraloinnin. Esikäsittely voi käsittää myös kiteytyksen, jolloin lähtöaineliuos voi olla myös esimerkiksi ksyloosin kiteytyksestä 35 saatu emäliuos.
12
Tyypillisessä nanosuodatusoperaatiossa käsiteltävä liemi, kuten jä-teliemi, syötetään nanosuodatusmembraaneilla varustetun nanosuodatuslait-teiston läpi edellä kuvatuissa lämpötila- ja paineolosuhteissa. Liemi tulee siten fraktioiduksi ksyloosia sisältäväksi, moolimassaltaan pieniä yhdisteitä käsittä-5 vaksi jakeeksi (permeaatti) ja jäteliemen epätoivotut ainesosat sisältäväksi, moolimassaltaan suuria yhdisteitä käsittäväksi jakeeksi (retentaatti).
Esillä olevan keksinnön yhteydessä käyttökelpoinen nanosuodatus-iaitteisto käsittää ainakin yhden nanosuodatusmembraanielementin, joka jakaa syötön retentaatti- ja permeaattiosaksä. Nanosuodatuslaitteisto sisältää tyypilli-10 sesti myös välineet paineen ja virtauksen kontrolloimiseksi, kuten pumppuja ja venttiilejä ja virtaus-, paine- ja tiheysmittareita. Laitteisto voi sisältää myös useita nanosuodatusmembraanielementtejä erilaisina yhdistelminä, rinnakkain tai sarjaan järjestettyinä.
Permeaattivuo vaihtelee paineen mukaan. Normaalilla toiminta-15 alueella vuo on yleensä sitä suurempi, mitä korkeampi paine on. Vuo vaihtelee myös lämpötilan myötä. Vuo kasvaa toimintalämpötilan kohotessa. Membraa-nin rikkoutumistaipumus kasvaa kuitenkin korkeampien lämpötilojen ja korkeampien paineiden myötä. Epäorgaanisten membraanien ollessa kyseessä voidaan käyttää korkeampia lämpötiloja ja paineita sekä korkeampia pH-alueita 20 kuin polymeerimembraanien ollessa kyseessä.
Esillä olevan keksinnön mukainen nanosuodatus voidaan toteuttaa panoksittain tai jatkuvasti, tyypillisesti monivaiheisena menetelmänä. Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä voi käsittää myös yhden tai useampia jälkikäsittelytoimenpiteitä. Jälkikäsittelytoimenpiteet valitaan tyypillisesti ionin-25 vaihdon, kiteytyksen, kromatografian, käänteisosmoosin, haihdutusväkevöin-nin, värinpoiston, uuton ja saostuksen joukosta.
Ksyloosi voidaan nanosuodatuksen jälkeen ottaa talteen permeaa-tista, esimerkiksi kiteyttämällä. Nanosuodatettu liuos voidaan käyttää sellaisenaan kiteytykseen ilman iisäpuhdistus- ja -erotusvaiheita. Nanosuodatetulle 30 ksyloosia sisältävälle liuokselle voidaan haluttaessa tehdä jatkopuhdistus, esimerkiksi käyttämällä kromatografiaa, ioninvaihtoa, väkevöintiä esimerkiksi haihduttamalla tai käänteisosmoosilla tai värinpoistoa. Ksyloosilie voidaan myös tehdä pelkistys, esimerkiksi hydraamalia katalyyttisesti, niin että saadaan ksylitolia.
35 Menetelmä voi käsittää myös runsaasti ligonosulfonaatteja, oli gosakkarideja, heksooseja ja divalenttisia suoloja sisältävän liuoksen ottami- 13 sen talteen retentaattina. Mainitut retentaattiin talteen otetut heksoosit voivat käsittää yhtä tai useampaa glukoosin, galaktoosin, ramnoosin ja mannoosin joukosta.
Ksyloosin suhteen rikastunut ja permeaattina taiteen otettu liuos voi 5 esillä olevan keksinnön mukaisesti sisältää myös muita pentooseja, kuten ara-binoosia.
Monosakkaridiepäpuhtauksien pitoisuus esillä olevan keksinnön mukaisesta menetelmästä saadussa ksyloosiliuoksessa on tyypillisesti alle 50 %, edullisesti alle 40 %, edullisemmin alle 30 %, edullisimmin alle 20 % ja 10 erityisesti alle 10% kuiva-aineesta. Monosakkaridiepäpuhtaudet voivat käsittää esimerkiksi glukoosia, arabinoosia, mannoosia, galaktoosia ja ramnoosia. Glukoosiepäpuhtauspitoisuus on tyypillisesti alle 30 %, edullisesti alle 20 %, edullisemmin alle 10 % ja edullisimmin alle 5 % kuiva-aineesta.
Keksintö koskee yhdessä suoritusmuodossaan menetelmää ksyioo-15 sin ottamiseksi talteen kasvipohjaisen biomassahydrolysaatin liuoksesta na-nosuodatuksella, jossa nanosuodatus toteutetaan seuraavissa olosuhteissa; syötön kuiva-ainepitoisuus on alueella 15-30 painoprosenttia, syötön ksyloosipitoisuus on alueella 12,5 - 50 % kuiva-aineesta, ja nanosuodatuksen ksyloosivuo on alueella 0,3- 10 kg ksyloo- 20 sia/(m2h), mikä johtaa alueella 1,1-6 olevaan ksyloosirikastumistekijään nanosuodatus-permeaatissa ja alueella 0,3 - 0,8 olevaan permeaatin laimenemistekijään.
25 Keksinnön tässä suoritusmuodossa lähtömateriaalina käytetty kas vipohjainen biomassahydroiysaatti on edullisesti sulfiittijäteliemi.
Esillä olevan keksinnön mukaisesti aikaansaatua ksyloosiliuosta voidaan käyttää esimerkiksi ksylitolin valmistukseen. Ksylitolia saadaan aikaan pelkistämällä saatu ksyloosituote, esimerkiksi hydraamalla katalyyttisesti. Ksy-30 loosi voidaan lisäksi puhdistaa kiteyttämällä ennen pelkistystä.
Esillä oleva keksintö koskee myös esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaadun ksyioosiliuoksen käyttöä ksylitolin valmistukseen, tyypillisesti pelkistämällä ksyloosi ksylitoliksi.
Keksinnön edullisia suoritusmuotoja kuvataan yksityiskohtaisemmin 35 seuraavilla esimerkeillä, joita ei pidetä keksinnön suojapiiriä rajoittavina.
14
Esimerkeissä ja kaikkialla selityksessä ja patenttivaatimuksissa on käytetty seuraavia määritelmiä: SMB (simulated moving bed) tarkoittaa simuloitua liikkuva kerros -menetelmää.
5 DS tarkoittaa Karl Fischerin titrauksella mitattua kuiva-ainepitoisuut ta painoprosentteina ilmoitettuna.
RDS tarkoittaa refraktometristä kuiva-ainepitoisuutta painoprosentteina ilmoitettuna.
Vuo tarkoittaa liuosmäärää (litraa tai kg), joka kulkee nanosuoda-10 tusmembraanin läpi tunnin aikana laskettuna yhtä neliömetriä kohden mem-braanin pintaa [l/(m2h) tai kg/(m2h)].
Ksyloosivuo tarkoittaa ksyloosimäärää (kg), joka kulkee nanosuoda-tusmembraanin läpi tunnin aikana laskettuna yhtä neliömetriä kohden mem-braanin pintaa [kg/{m2h)j. Ksyloosivuo voidaan määrittää mittaamalla virtaus ja 15 permeaatin kuiva-aine-ja ksyloosipitoisuus.
HPLC (hiilihydraattien määrittämisen yhteydessä) tarkoittaa neste-kromatografiaa. Hiilihydraatit (monosakkaridit) on mitattu käyttämällä HPLC:tä ja Rl-detektointia, disakkaridit käyttämällä HPLC:tä ja ksylonihappo käyttämällä HPLC:tä ja PED-detektointia.
20 Väri (kun se määritettiin) mitattiin sovelletulla ICUMSA-menetelmällä pH-arvossa 5.
Esimerkeissä käytettiin seuraavia membraaneja: - Desal-5 DK [nelikerroksinen membraani, joka koostuu polyesteri-kerroksesta, polysulfonikerroksesta ja kahdesta tukikerroksesta ja jonka kat- 25 kaisukokoraja on 150- 300g/mol, läpäisevyys (25 °C) 5,4 l/(m2hbar) ja MgS04:n retentio 98 % (2 g/l), valmistaja Osmonics], - Desal-5 DL [nelikerroksinen membraani, joka koostuu polyesteri-kerroksesta, polysulfonikerroksesta ja kahdesta tukikerroksesta ja jonka kat-kaisukokoraja on 150- 300 g/mol, läpäisevyys (25 °C) 7,6 i/(m2hbar) ja 30 MgS04:n retentio 96 % (2 g/l), valmistaja Osmonics], ja - NF-270 (valmistaja Dow Filmtech, USA).
Ksyloosipuhtaustekijä, permeaatin laimenemistekijä ja ksyloosirikas-tumistekijä laskettiin esimerkeissä seuraavasti:
Ksyloosipuhtaustekijä Xxyi osoittaa ksyloosin erottumisen yhdestä 35 ainesosasta, esimerkiksi glukoosista. Ksyloosipuhtaustekijä glukoosiin nähden lasketaan seuraavasti: 15 [Cp(xyl)/cp(glu)]
Xxyl =- [cf (xy I )/Cf( g! u)]
Cp(xyl) = % ksyloosia kuiva-aineesta permeaatissa 5 Cp(glu) = % glukoosia kuiva-aineesta permeaatissa cf(xyl) = % ksyloosia kuiva-aineesta syötössä Cf(giu) = % glukoosia kuiva-aineesta syötössä.
Permeaatin laimenemistekijä osoittaa nanosuodatuspermeaatin kuiva-ainepitoisuuden pienenemisen suhteessa syötön kuiva-ainepitoisuuteen. 10 Permeaatin laimenemistekijä L lasketaan seuraavasti: L = [permeaatin DS]/[syötön DS] jossa ’’permeaatin DS” edustaa permeaatin kuiva-ainepitoisuutta ja "syötön DS" edustaa syötön kuiva-ainepitoisuutta. Permeaatin laimeneminen vähenee laimenemistekijän lähestyessä arvoa 1.
15 Ksyloosirikastumistekijä osoittaa ksyloosin rikastumisen nanosuoda- tuspermeaattiin. Ksyloosirikastumistekijä E lasketaan seuraavasti:
E = [% ksyloosia DS:stä permeaatissa]/[% ksyloosia DS:stä syötössäjDS
jossa ’’% ksyloosia DS:stä permeaatissa” edustaa prosentuaalista ksyloosipi-toisuutta permeaatin kuiva-aineessa ja "% ksyloosia DS:stä syötössä” edustaa 20 prosentuaalista ksyloosipitoisuutta syötön kuiva-aineessa. Mitä suurempi tekijä E on, sitä enemmän ksyloosia on rikastunut permeaattiin.
Ammattimiehelle on lisäksi selvää, että jäljempänä esitettävien eri esimerkkien kokeelliset tulokset eivät ole keskenään suoraan vertailukelpoisia membraanien likaantumisen, membraaneihin kohdistuvien osmoottisten vaiku-25 tusten, membraanityyppien ja laitteiston mallin vuoksi.
Esimerkki 1a
Tehtiin nanosuodatus 1 195 kg:n erälle ksyloosia sisältävää puuhyd-rolysaattia (Mg-pohjaisen happaman sulfiittijäteliemen kromatografisesti erotettu ksyloosijae), jonka kuiva-ainepitoisuus oli 26,6 %. Nanosuodatukseen käy-30 tetty nanosuodatuslaitteisto oli koetehdaskokoinen membraanitestiyksikkö, joka oli varustettu spiraalimaisilla membraaneilla Osmonics Desai 5 DK (5,6 m2) ja Osmonics Desai 5 DL (5,6 m2). Nanosuodatus toteutettiin paineella 16 33 bar (sisääntulopaine) ja lämpötilassa 60 °C. Nanosuodatuksen aikana na-nosuodatuslaitteiston kierrätyssäiliöön lisättiin 1 031 kg diasuodatusvettä per-meaattiin menevän ksyloosin saannon parantamiseksi. Kerätty permeaatti jaettiin kahdeksi eräksi, joiden massa oli 1 037 kg ja vastaavasti 765 kg. Perme-5 aattierien lisäksi poistettiin 424 kg:n erä konsentraattia (jonka kuiva-ainepitoisuus oii 22,4 %) nanosuodatuslaitteiston retentaattipuolelta.
Taulukossa 1a esitetään nanosuodatuksen syötön, konsentraatin ja permeaattien kuiva-ainepitoisuus (%) ja ksyloosipuhtausaste (% DS:stä). Per-meaattiin menneen ksyloosin kokonaissaanto oli 93 %.
10 Taulukko 1a
Kuiva-ainepitoisuus ja ksyloosipuhtausaste nanosuodatuksessa __Erän koko, kg__PS, %__Ksyloosi, % DS:stä
Syöttöliuos__1 195__26,6__34,0
Poistettu 424 22,4 7,0 konsentraatti____
Ensimmäinen 1 037 12,5 61,8 permeaattierä____
Toinen 765 6,7 39,7 permeaattierä____
Permaattivuo rekisteröitiin käsittelyn aikana ja permeaatista otettiin samanaikaisesti näytteitä ksyloosianalyysiä varten.
Kuvio 1a esittää mitattuja ksyloosipuhtausasteita ksyloosivuon funk-15 tiona permeaateille, jotka saatiin membraaneiila Desal 5 DK ja Desal 5 DL tehdystä nanosuodatuksesta. Käyrät osoittavat ksyloosivuon kontrolloinnin merkityksen permeaatin ksyloosipuhtauden kannalta. Tämän syöttönesteen ollessa kyseessä ksyloosivuo tulisi säätää suuremmaksi kuin 0,3 kg/(m2h) permeaatin ksyloosipuhtauden nostamiseksi arvoon yli 60 % DS:stä.
20 Esimerkki 1b
Tehtiin nanosuodatus 840 kg:n erälle ksyloosia sisältävää puuhyd-rolysaattia, joka oli peräisin samasta lähteestä kuin esimerkissä 1a. Syöttö oli kuitenkin laimeampi liuos, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 15,0 %. Nanosuodatus-laitteisto oli sama kuin esimerkissä 1a. Nanosuodatus toteutettiin paineella 25 33 bar (sisääntulopaine) ja lämpötilassa 60 °C. Nanosuodatuksen aikana nanosuodatuslaitteiston kierrätyssäiliöön lisättiin 100 kg diasuodatusvettä perme- 17 aattiin menevän ksyloosin saannon parantamiseksi. Kerätyn permeaatin kokonaismäärä oli 668 kg ja retentaattipuolelta kerätyn konsentraatin määrä 70 kg.
Taulukossa 1b esitetään nanosuodatuksen syötön, konsentraatin ja permeaatin kuiva-ainepitoisuus (%) ja ksyloosipuhtausaste (% DS:stä), Per-5 meaattiin menneen ksyloosin kokonaissaanto oli 95 %.
Taulukko 1b
Kuiva-ainepitoisuus ja ksyloosipuhtausaste nanosuodatuksessa __Erän koko, kg__PS, %__Ksyloosi, % DS:stä
Syöttöliuos__840__15^0__6T5_j
Poistettu 70 26,9 24,0 konsentraatti____;
Permeaatti__870__12,5__68,0_i
Permaattivuo rekisteröitiin käsittelyn aikana ja permeaatista otettiin samanaikaisesti näytteitä ksyloosianalyysiä varten.
10 Kuvio 1b esittää mitattuja ksyloosipuhtauksia ksyloosävuon funktiona permeaateille, joita saatiin membraaneilla Desal 5 DK ja Desal 5 DL tehdystä nanosuodatuksesta. Käyrät osoittavat ksyloosivuon kontrolloinnin merkityksen permeaatin ksyloosipuhtauden kannalta. Tämän syöttönesteen ollessa kyseessä ksyloosivuo tulisi säätää suuremmaksi kuin 0,3 kg/(m2h) permeaatin 15 ksyloosipuhtauden nostamiseksi arvoon yli 60 % DS:stä. Jos ksyloosivuo säädetään suuremmaksi kuin 1 kg/(m2h), voidaan lisäksi saavuttaa ksyloosipuh-taudet, jotka ovat korkeampia kuin 70 % ksyloosia DS:stä.
Esimerkki 2
Tutkittiin happaman sulfiittijäteliemen SMB-erotuksen eri vaiheista 20 saatujen ksyloosipitoisten liuosten (ksyloosiliuokset A, B ja C) nanosuodatusta. Syöttöliuosten keskimääräiset koostumukset esitetään taulukossa 2a. Loppuosa (ei esitetä) koostuu pääasiassa lignosulfonaateista.
18
Taulukko 2a
Syöttöliuosten koostumus
Ainesosa__Koostumus, % DS:stä_
___________Liuos A__Liuos B Liuos C
Ksyioosi__12,3__20,5 ; 42,5
Glukoosi__1^9__5,8 4,1
Galaktoosi + ramnoosi__1^2__5,0 3,7
Arabinoosi + mannoosi__1_j3__6J3__5,0
Ksylonihappo__4$__13,6__6,9
Ksylobioosi__0J__0J__0,0
Etikkahappo_____1^8__1Π_ 1,6
Suolat____5J2__6,9 4,5 pH ~Γ 5,2 4,2 4,9 *Suo!at ovat Na:n, K:n, Ca:n, Mg:n, S03:n ja S04:n summa.
Koemenettely esitetään taulukossa 2b, 5 Taulukko 2b Koemenettely
Syöttöliuos °C pH pin, bar Syötön kuiva-ainepitoisuus, %_
Liuos A 60_ 5,5 40 40->35->30^22->15->11_
Liuos B 60_ 5,5 40 40h>35^30->22->15->1 1_
Liuos C 60 5,5 40 40-^35->30~>22^t 5-»11
Nanosuodatukset tehtiin vakiolämpötilassa ja -paineessa. Suodatus toteutettiin syötön kunkin kuiva-ainearvon kohdalla eräkonsentrointitoimintata-valla ja se kesti kaksi tuntia. Kerätystä permeaatista otettiin näytteitä. Erän kolo ko oli 100 litraa. Syöttöliuoksen pH säädettiin arvoon 5,5 MgO:lla.
Nanosuodatuslaitteisto oli DSS Labstack M30, joka oli varustettu 10 Desal 5-DL -membraanilia (Osmonics). Kunkin membraanin membraanipinta-ala oli 0,018 m2.
Näiden nanosuodatuskokeiden tulokset esitetään kuvioissa 2a ja 15 2b.
Kuvio 2a esittää ksyioosin määrää permeaatissa (g ksyloosia / 100 g permeaattiliuosta, merkitty mustin symbolein) ja ksyloosivuota [g/(m2h), merkitty viivalla yhdistetyin avosymbolein) syötön kuiva-ainepitoisuuden (DS) 19 funktiona kyseisten kolmen syöttöliuoksen A, B ja C ollessa kyseessä. Kuvion 2a tuloksista on nähtävissä, että ksyloosivuo on suurin syöttöliuoksella C, joka sisältää enemmän ksyloosia kuin kaksi muuta syöttöä. Lisäksi on nähtävissä, että permeaatin ksyloosipitoisuus ja ksyloosivuo ovat suurempia, kun syötön 5 kuiva-ainepitoisuus (DS) on suurempi.
Kuvio 2b esittää permeaatin laimenemistekijää (merkitty mustin symbolein) ja ksyioosirikastumistekijää (merkitty viivalla yhdistetyin avosymbo-lein) syötön kuiva-ainepitoisuuden (DS) funktiona kyseisten kolmen syöttö-liuoksen A, B ja C ollessa kyseessä. Kuvion 2b tulokset osoittavat, että jopa 10 syötön kuiva-ainepitoisuuden ollessa suuri ksyloosin rikastuminen nanosuoda-tuspermeaattiän on olennaisesti samanlainen kuin syötön pienempien kuiva-ainepitoisuuksien ollessa kyseessä. Lisäksi on nähtävissä, että laimeneminen on vähäisempää syötön kuiva-ainepitoisuuksien ollessa suurempia.
Esimerkki 3 15 Tutkittiin ksyioosivuota ja nanosuodatuspermeaatin ksyloosipuh- tausastetta käyttämällä teollista ksyioosipitoista liuosta. Liuos oli puuperäinen ksyioosia sisältävä fraktio, joka saatiin happaman sulfiittijäteliemen kromatografisesta SMB-erotuksesta (syöttö D).
Nanosuodatuksessa käytettiin Iitteinä levyillä varustettua moduulilait-20 teistoa DDS Labstack M20. Moduuli oli varustettu 10 Desal DL (0,180 m2) ja 10 NF 270 (0,180 m2) -nanosuodatusmembraanilla. Syöttösäiliö oli 70 litran reaktori, joka oli varustettu sekoittimella ja vesihöyry-jäähdytysvesivaipaila.
Ksyioosia sisältävä liuos sekoitettiin nanosuodatusta varten deioni-soädun veden kanssa reaktorissa, niin että saatiin syöttöliuos, jonka kuiva-25 ainepitoisuus oli 20 % ja ksyloosipitoisuus noin 50 % DS:stä.
Valmistettiin vertaiiutarkoituksiin lisäksyloosia sisältävä vertailuerä sekoittamalla edellä kuvattua puuperäistä ksyioosipitoista jaetta, puhdasta kiteistä ksyioosia (3 kg / 70 litraa liuosta) ja deionisoitua vettä siten, että saatiin ksyloosiliuos, jonka kuiva-ainepitoisuus oli sama 20 % (syöttö F). Vertailuerän 30 ksyloosipitoisuus oli noin 60 % DS:stä.
Edellä valmistettujen syöttönäytteiden keskimääräinen koostumus 011 seuraava: 20 __Syöttö D__Syöttö F_
Kuiva-ainepitoisuus, %__21,8__21,3_
Johtavuus, mS/cm__7,80__7,17_ _pH__5^53__5,56
Giukoosi, g /100 g 0,78__0,61_
Glukoosi, % D$:stä__3i6__2i9_
Ksyloosi, g /100 g__10,62__12,56_
Ksyloosi, % DS:stä__48,7__59,1_
Kumpikin liuos nanosuodatettiin kokonaispalautusvirtaustavalla (jolloin sekä permeaatti että retentaatti kierrätettiin takaisin syöttösäiliöön). Reten-taatin virtausnopeus oli noin 6 l/min. Suodatuspaineet olivat 20, 25, 30, 35 ja 40 bar ja lämpötilat 40, 50 ja 60 °C. Kussakin lämpötilassa testattiin koko pai-5 nealue. Suodatusta tehtiin kullakin paineella noin 30 minuuttia ja nostettiin sitten painetta. Kunkin membraanin kohdalla mitattiin vuo 15 ja 30 minuuttia kestäneen suodatuksen jälkeen kussakin paineessa. Kussakin paineessa otettiin syöttö-, retentaatti-ja permeaattinäytteitä ensimmäisen vuomittauksen jälkeen.
Taulukko 3 esittää ksyloosivuon kasvun (%) verrattaessa syötön F 10 (jonka ksyloosipitoisuus on noin 60 % DS:stä) ksyloosivuota syöttöön D (jonka ksyloosipitoisuus on noin 50 % DS:stä).
Taulukko 3
Ksyloosivuon kasvu (%) nostettaessa ksyloosipitoisuus noin 50 %:sta noin 60 %:iin DS:stä.
Desal PK_ Pesal DL__ NF270 __
40 °C | 50 °C 60 °C 40 °C 50 °C 60 °C 40 QC 50 °C 60 °C
Ksyloos vuon kasvu, % Ksyloos vuon kasvu, % Ksyloosivuon kasvu, % 20 bar 107 112 92 109 111 89 112 83 72 25 bar 73 95 87 84 72 72 99 77 76 30 bar 98 86 101 88 59 82 108 63 66 35 bar 84 96 101 81 44 83 96 66 65 40 bar 73 80 99 68 70 86 76 76 60 15 Taulukon 3 tulokset osoittavat, että syöttöliuoksen ksyloosi pitoisuu den suurentaminen 10 %:lla nostaa ksyloosivuota 60-112 %.
Kuvio 3 esittää syöttöliuosten D ja F ollessa kyseessä permeaatin laimenemistekijää ksyloosivuon [kg ksyloosia/(m2h)] funktiona eri lämpötilojen 21 ja paineiden vallitessa käytettäessä Desal DK -membraania nanosuodatus-membraanina. Vuo kasvaa paineen kasvaessa. Kuvion 3 tuloksista on nähtävissä, että permeaatin leimeneminen vähenee lämpötilan kohotessa. On myös nähtävissä, että syötön suurempi ksyloosipitoisuus johtaa vähäisempään lai-5 menemiseen.
Esimerkki 4
Toteutettiin konsentroiduissa monosakkaridiiiuoksissa olevien kahden monosakkaridin erotus toisistaan käyttämällä erilaisia nanosuodatusmem-braaneja ja keinotekoisia syöttöliuoksia. Liuokset valmistettiin käyttämällä ksy-10 loosia ja glukoosia erilaisissa suhteissa ja erilaisia kokonaismonosakkaridipi-toisuuksia.
Nanosuodatuslaitteisto oli levyjä kehys -laitteisto DSS LabStak M20 (Alfa Lava! Copenhagen A/S, Tanska). Nanosuodatuspaketti sisälsi kolme erilaista membraania: Desal DK, Desal DL (GE Osmonics, USA) ja NF270 (Dow 15 Filmtech, USA). Kunkin membraanin suodatuspinta-ala oli 0,18 m2. Syöttösäi-iiö oli 70 litran reaktori, joka oli varustettu sekoitusvarrella ja vesihöyry-jäähdytysvesivaipalla. Neste pumpattiin mäntäpumpulla syöttösäiliöstä suoda-tuslaitteistoon. Virtausmittari osoitti takaisin syöttötankkiin menevän retentaat-tivirtauksen, ja permaattivuo mitattiin vaa’alla.
20 Ksyloosia ja glukoosia sisältävät liuokset valmistettiin puhtaista ki teisistä aineista. Liuosten kiintoainepitoisuus oli 30 painoprosenttia. Valmistettiin käyttämällä kiintoainepitoisuutta 30 % kolme erilaista liuenneita aineita sisältävää koostumusta siten, että ksyloosin massasuhde glukoosiin oli 1:9, 1:1 ja 9:1. Liuoksen pH säädettiin arvoon 3,5 konsentroidulla HCklla. Valittu pH 25 vastaa teollisen puuhydrolysaattiliuoksen pH-arvoa, josta ksyloosin erotus glukoosista olisi toivottavaa.
Suodatukset tehtiin lämpötilassa 50 °C kokonaiskierrätystavalla, so. sekä permeaatti että retentaatti kierrätettiin takaisin syöttösäiliöön. Suodatus-paineet olivat 10, 20, 30 ja 40 bar. Liuoksia suodatettiin 1 - 2 tuntia kullakin 30 paineella. Poikittaisvirtausnopeus membraanin pintaa pitkin oli 0,7- 1,0 m/s membraanin paksuudesta riippuen. Permeaattivuo mitattiin kahdesti kullekin membraanille samassa paineessa punnitsemalla 1 - 5 minuutin kuluessa kerätty permeaatti. Permeaateista, retentaatista ja syötöstä otettiin näytteitä kerran kunkin painevaiheen kohdalla.
35 Ksyloosi- ja glukoosipitoisuudet analysoitiin HPLC-menetelmäliä (Pb2+-kolonni, 85 °C, 0,6 ml/min). Lisäksi mitattiin näytteiden pH ja johtavuus, 22
Kuvio 4a esittää ksyloosipuhtaustekijää permeaattivuon funktiona lämpötilassa 50 °C kolmen eri liuoskoostumuksen (ksyloosin massasuhde glukoosin erilainen) ollessa kyseessä. Kuvion 4a tuloksista on nähtävissä, että ksyloosipuhtaustekijä glukoosiin nähden riippuu voimakkaasti kokonaisperme-5 aattivuosta. Mitä suurempi permeaattivuo on, sitä korkeammat ksyloosipuh-taustekijät saadaan aikaan.
Kuvio 4b esittää ksyloosi-glukoosiliuoksen kokonaissokerivuota [g kokonaissokeria/(m2h)] lämpötilassa 50 °C suodatuspaineen funktiona kolmen eri liuoskoostumuksen {ksyloosin massasuhde glukoosin erilainen) olles-10 sa kyseessä. On nähtävissä, että kokonaissokerivuo kasvaa ksyloosin (jonka moolimassa on pienempi) osuuden liuoksessa kasvaessa.
Ammattimiehelle lienee ilmeistä, että teknologian kehittyessä keksinnön ajatus voidaan toteuttaa eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät rajoitu edellä kuvattuihin esimerkkeihin vaan voivat vaihdella patenttivaati-15 musten suojapiirin puitteissa.

Claims (39)

1. Menetelmä ksyloosin ottamiseksi talteen nanosuodatuksella ksy-loosia sisältävän kasvipohjaisen biomassahydrolysaatin liuoksesta, jossa me- 5 netelmässä liuokselle tehdään nanosuodatus, jolloin saadaan nanosuodatus-retentaatti ja nanosuodatuspermeaatti, ja otetaan talteen nanosuodatusper-meaatti, joka käsittää ksyloosin suhteen rikastuneen liuoksen, tunnettu siitä, että ksyloosivuo nanosuodatuksessa säädetään alueelle 0,2 - 3 kg ksyloo-sia/(m2h) säätämällä nanosuodatuksen syöttönä käytettävän liuoksen kuiva-10 ainepitoisuus alueelle 10-40 painoprosenttia ja nanosuodatuksen syötön ksy-loosipitoisuus alueelle 15-65 % kuiva-aineesta, jolloin nanosuodatuspermeaa-tissa permeaatin laimenemistekijä saadaan suuremmaksi kuin 0,2 ja ksyloosin rikastumistekijä saadaan suuremmaksi kuin 1,2.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että ksyloosivuota säädetään säätämällä nanosuodatussyöttönä käytettävän kasvipohjaisen biomassahydrolysaatin liuoksen kuiva-ainepitoisuus alueelle 25 - 35 painoprosenttia.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nanosuodatussyöttönä käytettävän kasvipohjaisen biomassahydrolysaatin 20 liuoksen ksyloosipitoisuus säädetään alueelle 35 - 50 % kuiva-aineesta.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ksyloosivuota säädetään säätämällä nanosuodatussyöttönä käytettävän kasvipohjaisen biomassahydrolysaatin liuoksen ksyloosipitoisuus alueelle 15-50 % kuiva-aineesta.
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä antaa tulokseksi nanosuodatuspermeaatin kuiva-ainepitoisuuden, joka on alueella 2 - 55 painoprosenttia, edullisesti 5 -40 painoprosenttia ja edullisimmin 10-30 painoprosenttia.
6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 30 että menetelmä antaa tulokseksi nanosuodatuspermeaatin ksyloosipitoisuu- den, joka on alueella 25 - 99 %, edullisesti 35 - 85 % ja edullisimmin 45 - 70 % kuiva-aineesta.
7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä antaa tulokseksi nanosuodatuspermeaatin ksyloosirikastumis- 35 tekijän, joka on alueella 1,2-6.
8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä antaa tulokseksi permeaatin laimenemistekijän yli 0,5.
9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nanosuodatus toteutetaan alueella 10- 150 °C, edullisesti 30 - 95 °C ja 5 edullisimmin 40 - 70 °C olevassa lämpötilassa.
10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ksyloosivuota säädetään säätämällä lämpötila alueelle 55 - 70 °C.
11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nanosuodatus toteutetaan alueella 10-90 bar, edullisesti 20 - 70 bar ja 10 edullisimmin 30 - 45 bar olevalla paineella.
12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ksyloosivuota säädetään säätämällä paine alueelle 30 - 40 bar.
13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nanosuodatus toteutetaan alueella 1-10, edullisesti 2 - 8 ja edullisimmin 15 3-6 olevassa pH:ssa.
14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ksyloosivuota säädetään säätämällä pH alueelle 4 - 6.
15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pH säädetään divalenttisia kationeja, kuten Mg2+:aja Ca2+:a, sisältävillä 20 yhdisteillä.
16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nanosuodatus toteutetaan nanosuodatusmembraanilla, jonka katkaisuko-koraja on alueella 150- 1 000 g/mol, edullisesti alueella 150 - 250 g/mol.
17. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että nanosuodatus toteutetaan polymeeri- ja epäorgaanisten membraanien joukosta valitulla nanosuodatusmembraanilla.
18. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kasvipohjaisen biomassan hydroiysaatti käsittää ksylaania sisältävän kasvimateriaalin hydrolysaatin.
19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että ksylaania sisältävän kasvimateriaalin hydroiysaatti käsittää lignosellu-loosamateriaalin hydrolysaatin.
20. Patenttivaatimuksen 21 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lignoselluloosamateriaalin hydroiysaatti käsittää puumateriaalin hydro- 35 lysaatin.
21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puumateriaalin hydrolysaatti käsittää massanvalmistusmeneteimästä saadun jäteliemen.
22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen menetelmä, tunnettu sii-5 ta, että massanvalmistusmeneteimästä saatu jäteliemi on suifiittijäteliemi.
23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suifiittijäteliemi on hapan suifiittijäteliemi.
24. Patenttivaatimuksen 22 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suifiittijäteliemi on saatu lehtipuusulfiittimassan valmistuksesta.
25. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kasvipohjaisen biomassaliuoksen hydrotysaatin liuos on biomassapohjai-nen tislausjäännös,
26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tislausjäännös on saatu etanolin tislauksesta.
27. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kasvipohjaisen biomassahydrolysaatin liuos sisältää ksyloosin lisäksi muita monosakkarideja,
28. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että otetaan nanosuodatuspermeaattina talteen ksyloosiliuos, jonka monosak- 20 karidiepäpuhtauspitoisuus on alle 50 %, edullisesti alle 40 %, edullisemmin alle 30 %, edullisimmin alle 20 % ja erityisesti alle 10 % kuiva-aineesta.
29. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että monosakkaridit käsittävät yhtä tai useampaa glukoosin, arabinoosin, mannoosin, galaktoosin ja ramnoosin joukosta.
30. Patenttivaatimuksen 29 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että glukoosiepäpuhtauspitoisuus on alle 30 %, edullisesti alle 20 %, edullisemmin alle 10 % ja edullisimmin alle 5 % kuiva-aineesta.
31. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä antaa tulokseksi ksyloosisaannon yli 20 %, edullisesti yli 60 %, 30 edullisemmin yli 80 % ja edullisimmin yli 90 % nanosuodatussyötössä olevasta ksyloosista.
32. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että biomassaliuokselle on toteutettu yksi tai useampi esikäsittelytoimenpide.
33. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä, tunnettu sii- 35 tä, että esikäsittelytoimenpiteet on valittu ioninvaihdon, membraanisuodatuksen, kromaiografian, konsentroinnin, pH:n säädön, suodatuksen, laimennuksen, kiteytyksen ja niiden yhdistelmien joukosta.
34. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää myös yhden tai useamman jälkikäsittelytoimenpiteen. 5
35, Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jälkikäsittelytoimenpiteet valitaan ioninvaihdon, kiteytyksen, kromatografi-an, käänteisosmoosin, haihdutusväkevöinnin, värinpoiston, uuton ja saostuksen joukosta.
36. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10 että nanosuodatus toteutetaan panosmenetelmänä tai jatkuvana menetelmänä.
37. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi lignosulfonaattien suhteen rikastuneen liuoksen ottamisen talteen nanosuodatusretentaattina.
38. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1 - 37 mukaisella mene telmällä aikaansaadun, ksyloosin suhteen rikastuneen liuoksen käyttö ksylitolin valmistamiseksi.
39. Patenttivaatimuksen 38 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että ksylitolin valmistus käsittää ksyloosin pelkistyksen ksylitoliksi.
FI20055581A 2005-10-28 2005-10-28 Erotusmenetelmä FI120590B (fi)

Priority Applications (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20055581A FI120590B (fi) 2005-10-28 2005-10-28 Erotusmenetelmä
CA2627405A CA2627405C (en) 2005-10-28 2006-10-27 Process for recovering xylose by nanofiltration
EP06808006A EP1941063A4 (en) 2005-10-28 2006-10-27 SEPARATION
CA2626275A CA2626275C (en) 2005-10-28 2006-10-27 Separation process
DK06808005.0T DK1941064T3 (en) 2005-10-28 2006-10-27 PROCEDURE FOR SEPARATION
PCT/FI2006/050464 WO2007048879A1 (en) 2005-10-28 2006-10-27 Separation process
PCT/FI2006/050465 WO2007048880A1 (en) 2005-10-28 2006-10-27 Separation process
US12/091,249 US8613858B2 (en) 2005-10-28 2006-10-27 Separation process
US12/091,908 US8287652B2 (en) 2005-10-28 2006-10-27 Separation process
EP06808005.0A EP1941064B1 (en) 2005-10-28 2006-10-27 Separation process
ZA200803318A ZA200803318B (en) 2005-10-28 2008-04-15 Separation process
ZA200803317A ZA200803317B (en) 2005-10-28 2008-04-15 Separation process

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20055581 2005-10-28
FI20055581A FI120590B (fi) 2005-10-28 2005-10-28 Erotusmenetelmä

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20055581A0 FI20055581A0 (fi) 2005-10-28
FI20055581A FI20055581A (fi) 2007-04-29
FI120590B true FI120590B (fi) 2009-12-15

Family

ID=35185287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20055581A FI120590B (fi) 2005-10-28 2005-10-28 Erotusmenetelmä

Country Status (7)

Country Link
US (2) US8613858B2 (fi)
EP (2) EP1941063A4 (fi)
CA (2) CA2627405C (fi)
DK (1) DK1941064T3 (fi)
FI (1) FI120590B (fi)
WO (2) WO2007048880A1 (fi)
ZA (2) ZA200803318B (fi)

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI120590B (fi) * 2005-10-28 2009-12-15 Danisco Sweeteners Oy Erotusmenetelmä
FI20065363A0 (fi) * 2006-05-30 2006-05-30 Danisco Sweeteners Oy Erotusmenetelmä
US20110036133A1 (en) * 2008-04-18 2011-02-17 N. V. Organon Purification of protein hydrolysate and the result and products
US8211680B2 (en) 2008-05-29 2012-07-03 Api Intellectual Property Holdings, Llc Process for obtaining biochemicals in a zero-liquid discharge plant
FI121237B (fi) 2008-10-21 2010-08-31 Danisco Menetelmä ksyloosin ja liukosellun tuottamiseksi
US9068206B1 (en) 2009-03-03 2015-06-30 Poet Research, Inc. System for treatment of biomass to facilitate the production of ethanol
US8709203B2 (en) * 2009-08-11 2014-04-29 Fpinnovations Fractionation of a waste liquor stream from nanocrystalline cellulose production
US9447131B2 (en) * 2009-12-16 2016-09-20 Domsjö Fabriker Ab Lignosulfonate of a certain quality and method of preparation of lignosulfonate of a certain quality
CA2796973A1 (en) * 2010-06-07 2011-12-15 Dupont Nutrition Biosciences Aps Separation process
EP3859017A1 (en) 2010-06-26 2021-08-04 Virdia, Inc. Methods for production of sugar mixtures
IL206678A0 (en) 2010-06-28 2010-12-30 Hcl Cleantech Ltd A method for the production of fermentable sugars
US9469859B1 (en) 2010-08-12 2016-10-18 Poet Research, Inc. Method for treatment of biomass
IL207945A0 (en) 2010-09-02 2010-12-30 Robert Jansen Method for the production of carbohydrates
EP2665824A1 (en) * 2011-01-21 2013-11-27 POET Research, Inc. Systems and methods for improving fermentation
EP3401322B1 (en) 2011-04-07 2022-06-08 Virdia, LLC Lignocellulose conversion processes and products
US9617608B2 (en) 2011-10-10 2017-04-11 Virdia, Inc. Sugar compositions
EP2596852A1 (de) 2011-11-28 2013-05-29 Annikki GmbH Verfahren zur Aufarbeitung einer wässerigen, Lignin-enthaltenden Lösung mittels Nanofiltration
JP2015509825A (ja) 2011-12-07 2015-04-02 デュポン ニュートリション バイオサイエンシーズ エーピーエス 分離方法
JP2015503332A (ja) * 2012-01-01 2015-02-02 カムボーリス，ギリアン 植物性飲料、およびこれを調製するための方法
ES2559623T3 (es) 2012-01-31 2016-02-15 Syral Belgium Nv Proceso para la extracción de pentosa a partir de sustrato ligno-celulósico
US20150051385A1 (en) * 2012-04-26 2015-02-19 Archer Daniels Midland Company Liquid / Liquid Separation of Lignocellulosic Biomass to Produce Sugar Syrups and Lignin Fractions
US9493851B2 (en) 2012-05-03 2016-11-15 Virdia, Inc. Methods for treating lignocellulosic materials
GB2517338B (en) 2012-05-03 2020-03-25 Virdia Inc A method for fractionating a liquid sample
MY170053A (en) * 2012-06-12 2019-07-01 Toray Industries Method for producing sugar liquid
EP2682168A1 (en) 2012-07-02 2014-01-08 Millipore Corporation Purification of biological molecules
CN104520446B (zh) * 2012-08-10 2016-10-05 东丽株式会社 糖液的制造方法
BR112015001901B1 (pt) * 2012-08-10 2021-03-23 Toray Industries, Inc. Método para produzir um líquido de açúcar
US9045804B2 (en) * 2013-01-08 2015-06-02 Wisconsin Alumni Research Foundation Method to produce water-soluble sugars from biomass using solvents containing lactones
PL3191586T3 (pl) 2014-09-10 2020-05-18 Pfeifer & Langen GmbH & Co. KG Fosforylaza celobiozy
FR3027821B1 (fr) 2014-10-31 2018-11-16 Centralesupelec Procede de purification d'oses.
EP3242871B1 (en) 2015-01-07 2019-11-06 Virdia, Inc. Methods for extracting and converting hemicellulose sugars
WO2016191503A1 (en) 2015-05-27 2016-12-01 Virdia, Inc. Integrated methods for treating lignocellulosic material
MY186792A (en) 2016-02-04 2021-08-20 Ind Tech Res Inst Method for separating hydrolysis product of biomass
MY187470A (en) 2016-02-17 2021-09-23 Toray Industries Method for producing sugar alcohol
JP6774494B2 (ja) 2016-02-19 2020-10-21 インターコンチネンタル グレート ブランズ エルエルシー バイオマス源から複数の有用なストリームを形成するためのプロセス
WO2018009502A1 (en) 2016-07-06 2018-01-11 Virdia, Inc. Methods of refining a lignocellulosic hydrolysate
US10435721B2 (en) 2016-12-21 2019-10-08 Creatus Biosciences Inc. Xylitol producing metschnikowia species
WO2019113446A1 (en) * 2017-12-08 2019-06-13 Isothrive Llc Process for the manufacture of maltosyl-isomaltooligosaccharides (mimo)
CN109162135A (zh) * 2018-09-13 2019-01-08 山东太阳纸业股份有限公司 一种利用阔叶木材生产溶解浆与低聚木糖的方法
EP3686210A1 (en) * 2019-01-24 2020-07-29 DuPont Nutrition Biosciences ApS Process for purifying a human milk oligosaccharide and related compositions

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4511654A (en) 1982-03-19 1985-04-16 Uop Inc. Production of high sugar syrups
US4631129A (en) 1985-10-04 1986-12-23 Suomen Sokeri Oy Production of pure sugars and lignosulfonates from sulfite spent liquor
CA2038485A1 (en) 1990-03-23 1991-09-24 Donald K. Hadden Nanofiltration process for making dextrose
FI932108A (fi) 1993-05-10 1994-11-11 Xyrofin Oy Menetelmä sulfiittikeittoliemen fraktioimiseksi
BE1007425A3 (nl) * 1993-08-30 1995-06-13 Holland Sweetener Co Werkwijze en inrichting voor de terugwinning van grondstoffen in het aspartaambereidingsproces.
FI98791C (fi) 1994-04-21 1997-08-25 Xyrofin Oy Menetelmä liuoksen fraktioimiseksi
JPH10505840A (ja) * 1994-09-12 1998-06-09 エーイーシーアイ リミテッド クエン酸の回収方法
US5965028A (en) 1994-09-12 1999-10-12 Reilly Industries, Inc. Process for treating a liquid
DK0931097T3 (da) * 1996-10-10 2006-01-16 Neose Technologies Inc Kulhydratoprensning ved anvendelse af omvendt osmose og nanofiltrering
US6329182B1 (en) 1997-11-26 2001-12-11 Novozymes A/S Method of producing oligosaccharide syrups, a system for producing the same and oligosaccharide syrups
FR2791701B1 (fr) * 1999-04-02 2003-05-23 Roquette Freres Procede de fabrication d'un hydrolysat d'amidon a haute teneur en dextrose
US6406548B1 (en) * 2000-07-18 2002-06-18 Tate & Lyle Industries, Limited Sugar cane membrane filtration process
US6406547B1 (en) * 2000-07-18 2002-06-18 Tate & Lyle Industries, Limited Sugar beet membrane filtration process
US6440222B1 (en) * 2000-07-18 2002-08-27 Tate & Lyle Industries, Limited Sugar beet membrane filtration process
US6355110B1 (en) 1999-11-17 2002-03-12 Tate & Lyle Industries, Limited Process for purification of low grade sugar syrups using nanofiltration
FR2816321B1 (fr) 2000-11-09 2003-01-24 Roquette Freres Procede de preparation d'un milieu de fermentation a partir d'une matiere premiere renouvelable
FI111960B (fi) * 2000-12-28 2003-10-15 Danisco Sweeteners Oy Erotusmenetelmä
WO2002053781A1 (en) * 2000-12-28 2002-07-11 Danisco Sweeteners Oy Separation process
FI111959B (fi) * 2000-12-28 2003-10-15 Danisco Sweeteners Oy Menetelmä maltoosin puhdistamiseksi
PL364087A1 (en) * 2001-02-21 2004-12-13 Basf Aktiengesellschaft Method for the production of d-pantothenic acid and/or salts thereof as adjunct for animal feedstuffs
FR2830021B1 (fr) 2001-09-26 2003-12-05 Roquette Freres Procede de fabrication d'un hydrolysat d'amidon a haute teneur en dextrose
US6935173B2 (en) * 2002-06-25 2005-08-30 Maxima Technologies & Systems, Inc. Liquid level sensing device
FI20021251A0 (fi) * 2002-06-26 2002-06-26 Finnfeeds Finland Oy Menetelmä betaiinin talteenottamiseksi
FI115919B (fi) * 2002-06-27 2005-08-15 Danisco Sweeteners Oy Menetelmä kiteytysinhibiittoreiden poistamiseksi monosakkaridisokeriliuoksista
US7077953B2 (en) * 2003-09-11 2006-07-18 Harris Group, Inc. Nanofilter system and method of use
US7812153B2 (en) * 2004-03-11 2010-10-12 Rayonier Products And Financial Services Company Process for manufacturing high purity xylose
CN100365006C (zh) 2004-06-24 2008-01-30 华东理工大学 一种从生物质水解发酵废液中回收木糖的方法
FI120590B (fi) * 2005-10-28 2009-12-15 Danisco Sweeteners Oy Erotusmenetelmä
FI20065363A0 (fi) * 2006-05-30 2006-05-30 Danisco Sweeteners Oy Erotusmenetelmä

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007048879A1 (en) 2007-05-03
ZA200803318B (en) 2009-02-25
US8613858B2 (en) 2013-12-24
CA2627405C (en) 2014-07-15
EP1941064A1 (en) 2008-07-09
EP1941063A1 (en) 2008-07-09
FI20055581A (fi) 2007-04-29
US8287652B2 (en) 2012-10-16
CA2626275A1 (en) 2007-05-03
DK1941064T3 (en) 2018-02-26
US20090173339A1 (en) 2009-07-09
ZA200803317B (en) 2009-02-25
CA2627405A1 (en) 2007-05-03
EP1941064B1 (en) 2017-11-22
US20090014386A1 (en) 2009-01-15
CA2626275C (en) 2013-12-17
WO2007048880A1 (en) 2007-05-03
EP1941063A4 (en) 2010-01-20
EP1941064A4 (en) 2010-01-20
FI20055581A0 (fi) 2005-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI120590B (fi) Erotusmenetelmä
FI111960B (fi) Erotusmenetelmä
JP4756232B2 (ja) 分離プロセス
US7314528B2 (en) Crystallization of sugars
US8921541B2 (en) Separation process
US20020158021A1 (en) Process for purifying maltose

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 120590

Country of ref document: FI