KR20000019598A - Process of changing microscopic structure of cellulosic materials by multiple explosion treatments with supercritical carbon dioxide - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A process for changing the structure of all cellulosic materials, including cellulosic material having a high alpha-fraction is provided which enhances its affinity to the processing solvents or the reactants without using expensive and/or corrosive chemicals and with less loss of molecular weight and provides raw material for producing sugars and alcohols. CONSTITUTION: A process for changing the structure of all cellulosic materials, including the cellulosic materials having a high alpha-fraction to enhance its affinity to processing solvents or reactants without using expensive and/or corrosive chemicals and with less loss of molecular weight comprises: (a)pretreating the cellulosic materials with caustic soda or ammonia water; (b)drying them totally or partially; (c)making supercritical carbon dioxide penetrate into cellulose chains at 35-200°C under 200-500 atm; and (d)subjecting them to the repeated chain explosion treatments more than twice. Also are disclosed the methods of producing cellulose solutions or the feedstock of reducing sugars or alcohols. The resulting materials can be used as raw material for cellulose solution or the feedstock for the production of reducing sugars or alcohols.

Description

화학적으로 전처리된 섬유성 물질의 초임계 이산화탄소 다중 폭쇄에 의한 미세 구조 변환 방법.A method of microstructure transformation by supercritical carbon dioxide multiple aeration of chemically pretreated fibrous materials.

천연의 섬유성 물질들은 통상적으로 물리화학적인 용해 과정을 통하여 섬유소 용액(cellulose dope)을 제조하거나, 화학적인 전환 반응을 통하여 당류, 또는 알코올류를 생산하는 데 이용된다. 그러나, 위와 같은 물리화학적, 화학적 과정에서의 공정 처리 속도를 가속시키고, 전환 수율을 증진시키기 위하여는 섬유성 물질과 화학 물질 사이의 접촉과 친화력을 증진시켜야 한다. 본 발명은 다양한 근원과 용도를 갖고 있는 섬유성 고분자 물질, 즉 cellulose, hemi-cellulose 등의 물리화학적인 가공성과 친화력을 높여주기 위하여 효율적으로 구조 형상 변화(morphological change)를 유도하는 새로운 기술에 관한 것이다. 본 기술은 cellulose, hemicellulose를 포함하는 목재, 펄프, 톱밥, 종이, 볏짚, 옥수수 부산물 등의 천연 재생 자원에 적용될 수 있다. 화학적으로 전처리된 섬유성 물질을 초임계 이산화탄소를 이용하여, 건조되거나 또는 부분 건조된 원료 상태에서, 일회 또는 수회에 걸쳐 반복 폭쇄함에 의하여, 결정 구조를 와해시키고 결정립(또는 결정섬유)의 크기를 감소시켜 가공성과 화학적 친화력을 향상시키는 기술적 내용이 본 특허에 포함되어 있다.Natural fibrous materials are commonly used to produce cellulose dope through physicochemical dissolution processes or to produce sugars or alcohols through chemical conversion reactions. However, in order to accelerate the processing speed in the above physicochemical and chemical processes and to improve the conversion yield, the contact and affinity between the fibrous material and the chemical should be enhanced. The present invention relates to a novel technique for efficiently inducing structural morphological changes in order to enhance the affinity and the physicochemical processability of fibrous polymer materials having various sources and uses, ie, cellulose and hemi-cellulose. . The technology can be applied to natural renewable resources such as cellulose, hemicellulose-containing wood, pulp, sawdust, paper, rice straw and corn by-products. By chemically pretreatment of fibrous material with supercritical carbon dioxide in a dried or partially dried raw state, repeated aeration once or several times, disrupting the crystal structure and reducing the size of crystal grains (or crystal fibers) In this patent, the technical contents for improving processability and chemical affinity are included.

섬유성 물질들의 결정화도를 낮추기 위하여 산과 염기를 사용하거나, 유기 용매와 빙수(ice water)를 순차적으로 사용하기도 하며, 마이크로웨이브, 초음파를 적용하는 등 여러 방법이 활용되고 있다. 대표적인 방법인 산 또는 알칼리 단순 처리 방법은 강산 또는 강알칼리를 사용하므로 공정 부식과 폐산 또는 폐알칼리 등을 발생시켜 이차 환경 오염을 유발시키는 문제점이 있다. 공정 성격상 처리 매질의 회수, 재생이 대단히 어렵고, 설비 투자 비용도 과다하게 요구되므로, 공정의 경제성 측면에서도 바람직하지 못하다. 유기 용매 또는 복합체 형성 화학 물질을 적용하는 경우도 사용 물질의 고부식성과 환경 독성, 회수 방법의 부재 등의 문제점을 가지고 있다. 마이크로웨이브나 초음파와 같은 외부 에너지 인가 방법은 과중한 공정 에너지 비용을 부담시키며, 설비 투자 비용을 급증시킨다. 반면에 그 효과는 일정하게 재현하기 어려운 것이 사실이다.In order to lower the crystallinity of the fibrous materials, various methods are used, such as using an acid and a base, an organic solvent and ice water in order, and applying microwave and ultrasonic waves. As a typical method, the acid or alkali simple treatment method uses a strong acid or strong alkali, thereby causing process corrosion and waste acid or waste alkali, thereby causing secondary environmental pollution. Due to the nature of the process, the recovery and recovery of the treatment medium is extremely difficult, and the cost of equipment investment is excessively demanded. In the case of applying an organic solvent or a complex forming chemical, there are problems such as high corrosion resistance, environmental toxicity, and absence of a recovery method. External energy application methods, such as microwaves and ultrasounds, are costly to process energy and can add to equipment investment. On the other hand, the effect is difficult to reproduce constantly.

질소, 수증기, 암모니아 등을 써서 고분자 사슬을 폭쇄(chain explosion)시키는 방법이 소개되었지만, 상기 물질들을 사용하는 폭쇄 공정은 내식 재질 채택, 에너지 비용, 폭쇄 효율, 분자량 손실 등의 관점에서 취약점을 가지고 있다. 이산화탄소는 상온 상압으로부터 어렵지 않게 그 임계조건에 도달할 수 있고, 초임계 유체 상태에서 고분자 사슬에 대한 강한 침투력을 가지고 있다. 매질 밀도를 온도, 압력의 거시 공정 변수에 따라 매우 민감하게 조절할 수 있으므로, 폭쇄 매질로서 검토되어 전분(starch)과 일부 섬유성 물질의 전처리 방법으로 활용되었다. 그러나, 위와 같은 초임계 이산화탄소 매질에서의 단순 폭쇄 방법은 분자량이 비교적 크고 결정성이 매우 높은, 즉 α 분율이 높은 섬유성 고분자 물질에 대하여 그 효과가 매우 제한적임이 실험적으로 관찰되었다.Although a method of chain explosion of a polymer chain using nitrogen, water vapor, ammonia, etc. has been introduced, the explosion process using the above materials has disadvantages in terms of adopting corrosion resistant materials, energy cost, aeration efficiency, and molecular weight loss. . Carbon dioxide can easily reach its critical conditions from room temperature and atmospheric pressure, and has a strong penetration into the polymer chain in the supercritical fluid state. Since the density of the medium can be controlled very sensitively according to the macro process variables of temperature and pressure, it has been considered as an explosive medium and used as a pretreatment method for starch and some fibrous materials. However, it has been experimentally observed that the simple explosive method in the above supercritical carbon dioxide medium has a very limited effect on a fibrous polymer material having a relatively high molecular weight and a very high crystallinity, that is, a high α fraction.

알파 분율이 매우 높은 섬유성 물질을 포함한 모든 섬유성 물질을 고가의 부식성 화학물질을 사용하지 않고, 분자량 손실이 매우 적게 구조 변화시켜 가공용매, 반응물에 대한 친화력을 높이는 방법과 섬유소 용해액 또는 당, 또는 알코올을 제조하는 원료를 제공한다.All of the fibrous materials, including those with very high alpha fractions, do not use expensive corrosive chemicals, but have very low molecular weight loss, resulting in improved affinity for processing solvents, reactants, and fibrous solutions or sugars. Or a raw material for producing an alcohol.

도1은 미처리 α-cellulose와 이로부터 폭쇄된 사료들의 XRD 유형 비교도.Figure 1 is a comparison of the XRD type of untreated α-cellulose and feed depleted therefrom.

도2의 (a)는 화학적 전처리가 생략된 단순 폭쇄에 의한α-cellulose의 결정구조 변화도.Figure 2 (a) is a change in crystal structure of the α-cellulose due to the simple explosion of the chemical pretreatment is omitted.

도2의 (b)는 화학적 전처리가 생략되고, 3회 폭쇄에 의한α-cellulose의 결정 구조 변화도.Figure 2 (b) is a change in the crystal structure of the α-cellulose by three times aeration, without chemical pretreatment.

도3의 (a)는 가성소다수로 전처리된 α-cellulose의 1회 폭쇄후 결정 구조 변화도.Figure 3 (a) is a change in crystal structure after a one-time aeration of α-cellulose pretreated with caustic soda water.

도3의 (b)는 가성소다수로 전처리된 α-cellulose의 3회 폭쇄후 결정 구조 변화도.Figure 3 (b) is a change in crystal structure after the three times the explosion of α-cellulose pretreated with caustic soda water.

도4의 (a)는 암모니아수로 전처리된 α-cellulose의 1회 폭쇄후 결정 구조 변화도.Figure 4 (a) is a diagram showing the crystal structure change after a one-time decay of α-cellulose pretreated with ammonia water.

도4의 (b)는 암모니아수로 전처리된 α-cellulose의 3회 폭쇄후 결정 구조 변화도.Figure 4 (b) is a change in crystal structure after the three times the explosion of α-cellulose pretreated with ammonia water.

섬유성 물질을 가성소다수 또는 암모니아수로 전처리하여 건조 또는 부분 건조한 것을 200∼500atm, 35°∼200℃에서 초임계 유체를 섬유소 고분자 사슬에 침투시킨 후, 폭쇄를 반복시킴을 특징으로 한다.The fibrous material is pretreated with caustic soda or ammonia water to dry or partially dry the supercritical fluid in the fibrillar polymer chain at 200 to 500 atm and 35 to 200 ° C., followed by repeated aeration.

(발명의 구체적인 실시 형태)(Specific embodiment of invention)

섬유소 고분자 사슬은 사슬간/사슬내 수소 결합력에 의하여 강한 장거리 상호작용력장에 놓이게 된다. 이러한 상호작용에 의하여 형성된 섬유소의 결정화 영역은 다른 화학물질의 접근이 어렵고, 반응성은 극도로 위축된다. 물리적 가공성과 화학 반응성을 증진시키기 위하여 종래에는 수증기와 암모니아 등에 의한 폭쇄 방법이 섬유성 결정체에 적용되었다. 최근에는 Avicel을 초임계 이산화탄소를 이용하여 폭쇄, 구조를 변화시키고 이를 포도당으로 고효율 전환하는 기술이 소개되었다.Fibrillar polymer chains are placed in a strong long-range interaction field due to the interchain / intra-chain hydrogen bonding force. The crystallization region of fibrin formed by this interaction is difficult to access other chemicals, and the reactivity is extremely reduced. In order to enhance physical processability and chemical reactivity, a method of exploding by steam and ammonia has been conventionally applied to fibrous crystals. In recent years, Avicel has introduced a technology that uses a supercritical carbon dioxide to explode, change its structure, and convert it into glucose with high efficiency.

섬유성 물질은 17.5% 가성소다 용액에 대한 용해도를 기준으로 α,β,γ 분율로 구분된다. α-cellulose는 순수 섬유소의 전형적인 분자 구조와 결정 형태를 가지고 있고, 사슬구조는 경직되어 있다. 다른 섬유소 분율들과 비교하여 높은 결정화도를 나타내며, 불완전 결정화 부분도 매우 적다. 따라서 이러한 α분율이 많이 포함된 섬유성 물질들은 고유의 결정성 구조로 인하여 물리, 화학적인 가공이 매우 어렵다. 천연 섬유소는 cellulose-Ⅰ구조를 가지고 있으며, 통상적인 mercerization 과정을 통하여 cellulose-Ⅱ 구조로 변화되어, 물리적인 가공이나 화학 반응에 활용된다. 본 발명에서는 화학적으로 전처리된 시료들을 초임계 이산화탄소를 이용하여 폭쇄시켜서 효율적인 미세 결정 구조 변환을 가능하게 하였다. 이러한 폭쇄효과는 X선 회절분석(XRD)과 주사전자현미경(SEM) 사진 관찰을 통하여 비교, 확인되었다.Fibrous materials are divided into α, β and γ fractions based on their solubility in 17.5% caustic soda solution. α-cellulose has the typical molecular structure and crystal form of pure cellulose, and the chain structure is rigid. It shows a high degree of crystallinity compared to other fiber fractions and very few incomplete crystallizations. Therefore, the fibrous materials containing a large amount of α are very difficult to be physically and chemically processed due to their intrinsic crystalline structure. Natural cellulose has a cellulose-Ⅰ structure, which is converted to a cellulose-Ⅱ structure through a conventional mercerization process, and used for physical processing and chemical reactions. In the present invention, the chemically pretreated samples are bombarded with supercritical carbon dioxide to enable efficient microcrystal structure conversion. These attenuation effects were compared and confirmed through X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM).

α-cellulose를 자신 무게의 3∼5배의 무게에 상당하는 18wt% 가성소다 용액에 2시간 가량 담그면 cellulose-Ⅱ 구조를 갖는 mercerized cellulose가 만들어진다. 세척수로 여과포 상에서 세척한 후 진공 건조기 등을 이용하여 건조하여 건조 시료를 만들거나 수분을 포함하여 젖어있는 미수계 시료를 만들 수 있다. 암모니아로 전처리된 시료는 mercerized cellulose를 여과포 상에서 시료 무게 절반에 상당하는 35 wt% 암모니아수로 3회 이상 세척하여 건조 시료 또는 미수계 시료 형태로 만들어진다.After immersing α-cellulose in an 18wt% caustic soda solution, which is 3 to 5 times its own weight, for about 2 hours, mercerized cellulose with cellulose-II structure is produced. After washing on the filter cloth with the washing water and dried using a vacuum dryer or the like to make a dry sample or a wet non-aqueous sample including water. Samples pretreated with ammonia are prepared in the form of dry or non-aqueous samples by washing mercerized cellulose three times or more with 35 wt% ammonia water, equivalent to half the weight of the sample on a filter cloth.

폭쇄 설비는 초임계 이산화탄소 공급 설비 부분과, 정압, 항온 유지 설비 부분, 급속 감압 설비 부분, 그리고 폭쇄가 실질적으로 일어나는 교반 용기 또는 노즐 부분 등으로 구분될 수 있다. 폭쇄 설비 시스템은 급격한 압력 변화로부터 유발되는 기계적 충격과 초임계 상태를 유지하는 고압 조건에서 스스로를 보호하도록 설계된다. 이러한 폭쇄 설비는 회분식, 반연속식, 또는 연속식으로 운전될 수 있다. 폭쇄를 일으키는 급격한 매질 팽창은 밸브를 급히 열거나, 수렴-발산형의 노즐 사이를 흐르면서 일어난다. 폭쇄시키는 매질이 섬유소 기질 깊이 침투할 수 있도록 폭쇄 전에 일정 시간 이상 초임계 이산화탄소 유체에 기질을 노출시키는 것이 필요하다. 앞에서 기술한 화학적 방법으로 전처리된 섬유성 물질들은 회분식, 반연속식, 연속식 폭쇄 설비에서 1회 폭쇄되거나 수회에 걸쳐 반복되는 다중 폭쇄가 가능하다.The explosion facility may be divided into a supercritical carbon dioxide supply facility part, a static pressure, a constant temperature maintenance facility part, a rapid depressurization facility part, and a stirring vessel or nozzle part in which the explosion is substantially performed. The detonation plant system is designed to protect itself from high pressure conditions that maintain supercritical conditions and mechanical shock resulting from sudden pressure changes. Such aeration equipment can be operated batchwise, semi-continuously, or continuously. Sudden media expansion causing a burst occurs by rapidly opening the valve or flowing between convergent-diffusing nozzles. It is necessary to expose the substrate to the supercritical carbon dioxide fluid for a predetermined time or more before the aeration so that the detonating medium can penetrate deep into the fibrous substrate. Fibrous materials pretreated by the aforementioned chemical methods are capable of multiple explosions, one or more times, in a batch, semi-continuous, continuous aeration plant.

폭쇄의 효율은 폭쇄 전후의 매질의 밀도 변화에 근사적으로 비례한다. 따라서 밀도 차이를 극대화하도록 초기의 초임계 유체 조건을 유지하는 것이 바람직하다. 이것은 대개의 경우 높은 압력과 임계온도 이상에서의 낮은 온도를 선호하게 한다. 미수계 시료를 폭쇄할 때 이산화탄소와 물의 압력-온도 상태도 상에서 폭쇄 궤적을 해석할 수 있는 데, 대부분의 경우, 물의 결빙이 일어나는 상 경계선을 폭쇄 궤적이 통과하게 된다. 이것은 섬유성 결정체 표면 가까운 내부에 소량 침투하여 섬유소체를 부분적으로 팽윤시키고 있던 물이 결빙되는 것을 의미하고, 결빙된 물은 결정 구조를 붕괴시키는 쐐기 역할을 하게 된다. 이러한 구조 변화 효과는 다중 폭쇄에서 더욱 현저하게 나타난다. 물과 같이 소량 존재하면서 폭쇄 효율을 제고할 수 있는 매질 개질 첨가제(modifier)를 적용할 수 있는데, 알콜, 아민, 지방산 계열 등을 사용하여 섬유성 물질의 구조 변화를 촉진하고, 구조 변화 행태도 조절 가능하다. 본 발명에서 소개되는 새로운 섬유소 폭쇄 기술은 α 분율이 매우 큰 시료에서 큰 효과를 발휘하므로, α 분율이 작은 섬유성 물질인 볏짚, 톱밥, 펄프, 종이, 목재 등에도 동일하게 적용되어 결정체를 효율적으로 구조 변화 시킬 수 있다.The efficiency of the detonation is approximately proportional to the density change of the medium before and after the detonation. Therefore, it is desirable to maintain initial supercritical fluid conditions to maximize density differences. This usually leads to higher pressures and lower temperatures above the critical temperature. When exploding non-aqueous samples, the explosive trajectory can be interpreted on the pressure-temperature state diagram of carbon dioxide and water, and in most cases, the explosive trajectory passes through the phase boundary where water freezes. This means that a small amount of water penetrates into the interior close to the surface of the fibrous crystal and freezes the water that partially swells the fibrous body, and the frozen water serves as a wedge that collapses the crystal structure. This structural change effect is more pronounced in the multiple explosives. It is possible to apply a modifier that can improve the explosive efficiency while being present in a small amount, such as water, by using alcohol, amine, fatty acid series, etc. to promote the structural change of the fibrous material and control the behavior of the structural change. It is possible. The new cellulose depletion technology introduced in the present invention has a great effect on a sample having a very large α fraction, and thus is equally applicable to rice straw, sawdust, pulp, paper, wood, etc., which have a small α fraction. It can change the structure.

화학적으로 전처리된 시료를 초임계 이산화탄소 매질로 폭쇄하여, X선 회절(XRD) 해석과 주사전자현미경(SEM) 사진 등으로 직접 결정 구조체 변화를 비교 관찰할 수 있다. 간접적인 방법으로는 특정 용매에 대한 용해 속도, 용해도 등을 측정 비교할 수 있다. 이러한 폭쇄 효과를 이용하여 당 전환 반응 및 알코올 전환 반응에서의 반응 속도 증가, 반응 수율 향상 등을 얻을 수 있다.Chemically pretreated samples can be bombarded with a supercritical carbon dioxide medium to directly observe crystal structure changes by X-ray diffraction (XRD) analysis and scanning electron microscopy (SEM). Indirect methods can be used to measure and compare the dissolution rate, solubility, etc. for a particular solvent. By using this explosive effect, an increase in the reaction rate in the sugar conversion reaction and the alcohol conversion reaction, an improvement in the reaction yield, and the like can be obtained.

본 발명의 실시예를 아래에 수록하였다. 하기된 실시예들은 본 발명의 기술적 내용과 특징을 잘 설명하고 있지만, 본 발명의 범위와 내용이 실시예에 한정된 것은 결코 아니다.Examples of the present invention are listed below. The following examples illustrate the technical details and features of the present invention, but the scope and content of the present invention are not limited to the examples.

실시예Example

실시예를 들어 상세히 설명하지만 이는 본원 발명의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다.Examples will be described in detail but this does not limit the technical scope of the present invention.

실시예 1Example 1

고압용기에 알파 셀룰로즈 1에 대해 18wt% 가성소다수 5의 비율로 넣고, 상온에서 2시간 처리한 것을 건조한 시료를 초임계 이산화탄소(99.9wt%)매질의 존재하, 50℃, 350atm에서 10분간 노출시킨 후, 3회 반복하였다.18 wt% caustic soda water 5 with respect to alpha cellulose 1 was added to a high pressure container, and the dried sample was exposed to 10 minutes at 50 ° C. and 350 atm in the presence of a supercritical carbon dioxide (99.9 wt%) medium. Then repeated three times.

상기 시료를 4.5wt%의 리팀클로라이드와 디메틸아세트아미드의 혼합 용매에 용해시킨 것을 25℃에서 24시간 교반 한 후, 용제를 제거 건조 시켰다. 그 실험 결과는 표1과 같다.After dissolving the sample in a mixed solvent of 4.5 wt% of ritimchloride and dimethylacetamide, the mixture was stirred at 25 ° C. for 24 hours, and then the solvent was removed and dried. The experimental results are shown in Table 1.

실시예 2Example 2

실시예 1에서 가성소다수 처리 시료를 35wt%의 암모니아수로 세척하여 사용한 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시했다. 그 결과는 표1과 같다.In Example 1, the caustic soda water treatment sample was washed with 35 wt% ammonia water and used in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

표1.Table 1.

시료번호Sample Number 조 건Condition 상대 용해 비율Relative dissolution rate 비 고Remarks 1One 미처리 시료(α-cellulose)Untreated Sample (α-cellulose) 1.0001.000 대조구Control 22 1번 시료를 18wt%의 가성소다수 처리18 wt% caustic soda water treatment 1.1001.100 33 2번 시료를 3회 폭쇄Crush 2 samples 3 times 1.9271.927 미수계Water system 44 2번 시료를 암모니아수 처리Treatment of sample 2 with ammonia water 1.1091.109 55 4번 시료를 3회 폭쇄Amplify sample 4 three times 1.9461.946 미수계Water system

실시예 3Example 3

실시예 1에서 초임계 이산화탄소 매질에 물 또는 에탄올 또는 벤질에틸아민 또는 디메틸아민 또는 일염화초산을 첨가한 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시했다.In Example 1, the same procedure as in Example 1 was carried out except that water or ethanol or benzylethylamine or dimethylamine or monochloride was added to the supercritical carbon dioxide medium.

실시예 4Example 4

실시예 1에서 알파셀룰로즈 대신에 헤미셀루로즈 또는 목재 또는 펄프 또는 톱밥 또는 종이 또는 볏짚 또는 옥수수 분산물을 대체한 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 실시했다.The same procedure was followed as in Example 1 except for replacing hemicellulose or wood or pulp or sawdust or paper or rice straw or corn dispersion in Example 1.

실시예 5Example 5

실시예 1에서 3회 폭쇄 대신에 2회 폭쇄한 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 실시했다.It carried out similarly to Example 1 except having bombed twice in Example 1 instead of three times.

실시예 6Example 6

실시예 1에서 50℃ 대신에 100℃를 350atm 대신에 400atm을 대체한 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 실시했다.In Example 1, 100 degreeC instead of 50 degreeC was implemented like Example 1 except having replaced 400atm instead of 350atm.

실시예 7Example 7

실시예 1에서 50℃ 대신에 150℃를 350atm 대신에 450atm을 대체한 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 실시했다.In Example 1, 150 degreeC instead of 50 degreeC was implemented like Example 1 except having replaced 450atm instead of 350atm.

위에서 설명하고 예시한 바와 같이, 섬유성 물질의 분자량 손실이 적고, 고가의 부식성 화학물질을 사용하지 않아 경제성이 제고되며, 알파 분율이 매우 높은 섬유성 물질까지도 미세구조를 변환시킬 수 있다. 상기 실시예에서 특징적으로 기술된 용해도 증가와 포도당(또는 총당) 전환 수율 향상 이외에, 알코올를 생산하는 공정에 적용할 경우, 알코올의 생성 농도가 그 원료인 당의 농도에 비례하므로, 당 수율의 증가는 알코올 수율의 증가로 이어진다. 따라서, 본 발명의 기술을 알코올 생산 공정에 직접 적용할 경우 종래 기술에서 가능한 알코올 수율보다 높은 수율로 알코올을 생산할 수 있다.As described and exemplified above, the molecular weight loss of the fibrous material is low, the use of expensive corrosive chemicals is economical, and even the fibrous material having a very high alpha fraction can convert the microstructure. In addition to the solubility increase and the glucose (or total sugar) conversion yield characteristic described in the above examples, when applied to a process for producing alcohol, the increase in sugar yield is increased because the concentration of alcohol is proportional to the concentration of sugar as a raw material. Leads to an increase in yield. Therefore, when the technique of the present invention is applied directly to the alcohol production process, it is possible to produce alcohol in a higher yield than the alcohol yield possible in the prior art.

Claims (17)

섬유성 물질을 화학적으로 전처리한 후, 건조시키거나 일부 건조시킨 것을 고온, 고압의 초임계 유체 매질과 고압용기에서 반복 폭쇄시켜서 됨을 특징으로 하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.Chemically pretreatment of the fibrous material, and then dried or partially dried is repeatedly aerated in a high-temperature, high-pressure supercritical fluid medium and a high-pressure container, characterized in that the method of microstructure conversion of the fibrous material. 제1항에 있어서, 화학적인 전처리는 가성소다수로 함을 특징으로 하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.The method of claim 1, wherein the chemical pretreatment is caustic soda water. 제1항에 있어서, 화학적인 전처리는 암모니아수로 함을 특징으로 하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.The method of claim 1, wherein the chemical pretreatment is ammonia water. 제1항에 있어서, 고온, 고압이란, 35°∼200℃, 200∼500atm임을 특징으로 하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.The method of converting the microstructure of a fibrous material according to claim 1, wherein the high temperature and the high pressure are 35 ° to 200 ° C and 200 to 500 atm. 제1항에 있어서, 섬유성 물질은 셀룰로즈임을 특징으로하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.The method of claim 1, wherein the fibrous material is cellulose. 제1항에 있어서, 섬유성 물질은 헤미셀룰로즈임을 특징으로하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.The method of claim 1, wherein the fibrous material is hemicellulose. 제1항에 있어서, 섬유성 물질은 목재임을 특징으로하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.The method of claim 1, wherein the fibrous material is wood. 제1항에 있어서, 섬유성 물질은 펄프임을 특징으로 하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.The method of claim 1, wherein the fibrous material is pulp. 제1항에 있어서, 섬유성 물질은 톱밥임을 특징으로하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.The method of claim 1, wherein the fibrous material is sawdust. 제1항에 있어서, 섬유성 물질은 종이임을 특징으로하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.The method of claim 1, wherein the fibrous material is paper. 제1항에 있어서, 섬유성 물질은 볏짚임을 특징으로하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.The method of claim 1, wherein the fibrous material is rice straw. 제1항에 있어서, 섬유성 물질은 옥수수부산물임을 특징으로 하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.The method of claim 1, wherein the fibrous material is corn by-products. 제1항에 있어서, 반복 폭쇄란, 2회 이상임을 특징으로 하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.The method of claim 1, wherein the repetitive explosion is two or more times. 제1항에 있어서, 초임계 유체 매질은 초임계 이산화탄소를 단독, 또는 물, 알코올, 아민, 지방산중의 하나 이상을 초임계 이산화탄소에 혼합한 것임을 특징으로 하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.2. The method of claim 1, wherein the supercritical fluid medium is a mixture of supercritical carbon dioxide alone or at least one of water, alcohols, amines and fatty acids in supercritical carbon dioxide. 제14항에 있어서, 알코올은 에탄올임을 특징으로 하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.15. The method of claim 14, wherein the alcohol is ethanol. 제14항에 있어서, 아민은 벤질에틸아민임을 특징으로 하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.15. The method of claim 14, wherein the amine is benzylethylamine. 제14항에 있어서, 지방산은 일염화초산임을 특징으로 하는 섬유성 물질의 미세구조 변환 방법.15. The method of claim 14, wherein the fatty acid is monochloride acetic acid.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150093483A (en) * 2014-02-07 2015-08-18 한국과학기술원 Methods for Pretreating Lignocellulosic Biomass
CN111576060A (en) * 2020-05-27 2020-08-25 山东出彩无水纤染高科有限公司 Supercritical CO of natural fiber and product thereof2Fluid flash explosion treatment method

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101235095B (en) * 2007-08-03 2013-06-05 方真 Method for completely dissolving lignocellulose biomass, device and application thereof
KR20090049800A (en) * 2007-11-14 2009-05-19 전북대학교산학협력단 Method for improving sound absorption capability of wood disk by steam explosion treatment and a board thereby
GB0916485D0 (en) 2009-09-18 2009-10-28 Hammond Peter Improved materials
CN110241153B (en) * 2019-06-11 2023-04-07 青岛科技大学 Method for enzymolysis of cellulose based on supercritical carbon dioxide system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1198703A (en) * 1984-08-02 1985-12-31 Edward A. De Long Method of producing level off d p microcrystalline cellulose and glucose from lignocellulosic material
DE3618377A1 (en) * 1986-05-31 1987-12-03 Wolff Walsrode Ag METHOD FOR PRODUCING MICROCRYSTALLINE CELLULOSE
US5009746A (en) * 1990-10-12 1991-04-23 Kimberly-Clark Corporation Method for removing stickies from secondary fibers using supercritical CO2 solvent extraction

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150093483A (en) * 2014-02-07 2015-08-18 한국과학기술원 Methods for Pretreating Lignocellulosic Biomass
CN111576060A (en) * 2020-05-27 2020-08-25 山东出彩无水纤染高科有限公司 Supercritical CO of natural fiber and product thereof2Fluid flash explosion treatment method
CN111576060B (en) * 2020-05-27 2023-11-17 山东出彩无水纤染高科有限公司 Natural fiber and supercritical CO of product thereof 2 Fluid flash explosion treatment method

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