RTU Research Information System
Latviešu English

Publikācija: Production of Furfural from Industrial Hemp Shives in the Pretreatment Stage of a Biorefinery System

Publication Type Doctoral Thesis
Funding for basic activity State funding for education
Defending: 28.03.2019 14:00, Rīgas Tehniskās universitātes Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte, Āzenes iela 12 k-1, 115. auditorija
Publication language Latvian (lv)
Title in original language Furfurola iegūšana no industriālās kaņepes spaļiem biorafinēšanas sistēmas priekšapstrādes posmā
Title in English Production of Furfural from Industrial Hemp Shives in the Pretreatment Stage of a Biorefinery System
Field of research 2. Engineering and technology
Sub-field of research 2.7 Environmental engineering and energetics
Authors Prans Brazdausks
Keywords Industriālā kaņepe, kaņepju spaļi, biomasas priekšapstrāde, katalītiska hidrolīze, alumīnija sulfāts, furfurols, lignocelulozi saturošs atlikums, hemicelulozes, celuloze, bioetanols
Abstract Darbā veikta alumīnija sulfāta ietekmes izpēte uz industriālās kaņepes (Cannabis sativa L.) spaļu hemicelulozes daļas atšķelšanu un pentožu konversiju furfurolā hidrolīzes procesa laikā. Mainot hidrolīzes procesa temperatūru (no 140–180 °C) alumīnija sulfāta daudzumu (0–7 %, rēķinot uz absolūti sausu masu) un apstrādes ilgumu (30–90 min), pētījuma laikā ir izdevies panākt, ka no kaņepju spaļiem var iegūt gan augstu furfurola iznākumu (67,8 kg no vienas absolūti sausas tonnas), gan saglabāt celulozi cietajā atlikumā (99,7 % no sākotnējā daudzuma) tālākai pārstrādei. Piemēram, no vienas absolūti sausas tonnas šāda cietā atlikuma varētu iegūt 307 L etanola, kas ir līdzvērtīgs tam daudzumam, ko var iegūt no kviešu graudiem. Tā rezultātā var apgalvot, ka pētījuma ietvaros ir izstrādāts jauns videi un iekārtām draudzīgāks hidrolīzes procesa paņēmiens, kas ļauj integrēt furfurola ražošanas procesu biorafinēšnas sistēmā. Izmantojot augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfu, iegūtajā hidrolizātā bez furfurola ir noteikti un kvantificēti arī tādi savienojumi kā etiķskābe, 5-hidrokismetilfurfurols, levulīnskābe un skudrskābe. Starp šiem savienojumiem etiķskābe ir izveidojusies visvairāk. Etiķskābes daudzums, ko var iegūt paralēli furfurolam, ir 51,4 kg no vienas absolūti sausas tonnas kaņepju spaļu. Turklāt šo etiķskābi var izmantot pārtikā, kas tai piešķir lielāku vērtību. Līdz ar to ir dots risinājums kaņepju spaļu lietderīgai izmantošanai un biorafinēšanas sistēmas diversificēšanai, kur ievērots kaskādes princips – biomasa primāri tiek izmantota augstvērtīgāka produkta ieguvei, kam seko mazvērtīgāka produkta ieguve.
Abstract in English In this work the effect of aluminum sulfate on the degradation of the hemicellulose part of shives of industrial cannabis (Cannabis sativa L.) and on the conversion of pentoses into furfural during hydrolysis was determined. By changing the temperature of the hydrolysis process (140–180 °C), the amount of aluminum sulfate (0–7 %, calculated on the absolutely dry matter) and the duration of the treatment (30–90 min), the research succeeded to obtain both from hemp shives – the high yield of furfural (67.8 kg from one absolutely dry ton) and to preserve cellulose in a solid residue (99.7 % of the initial quantity) for further processing. For example, a total dry ton of such solid residue could produce 307 L ethanol, equivalent to the quantity that can be obtained from wheat grain. As a result, it can be argued that a new environmentally friendly and equipment friendly hydrolysis process has been developed during research. Proposed hydrolysis process allows the integration of the furfural production process into the biorefinery system. Without furfural, compounds such as acetic acid, 5-hydroxymethyl furfural, levulinic acid and formic acid were also identified and quantified in the obtained hydrolyzate using a high-performance liquid chromatograph. Among these compounds, the amount of acetic acid was the largest. The quantity of acetic acid, which can be obtained in parallel with furfural, is 51.4 kg from one ton of absolutely dry hemp shives. In addition, this acetic acid can be used in food, which gives it greater value. Consequently, a solution has been provided for the useful use of hemp shives and for the diversification of the biorefinery system, which follows the cascade principle – biomass is used primarily for the production of high added value products followed by the production of a less valuable product.
Reference Brazdausks, Prans. Production of Furfural from Industrial Hemp Shives in the Pretreatment Stage of a Biorefinery System. PhD Thesis. Rīga: [RTU], 2019. 115 p.
Summary in English Summary in English
ID 29002