FAHULLADÉKOK ÉS MEZŐGAZDASÁGI NÖVÉNYI HULLADÉKANYAGOK VIZSGÁLATA

FAHULLADÉKOK ÉS MEZŐGAZDASÁGI NÖVÉNYI HULLADÉKANYAGOK VIZSGÁLATA

ELTE Kémiai Intézet, Szerves Kémia Tanszék 2008

BEVEZETÉS A szerves vegyiparban egyre több növényi illetve állati eredetű természetes anyagot hasznosítanak nyersanyagként a hagyományos nyersanyagok (kőolaj, földgáz, kőszén) mellett. A felhasználható növényi anyagok közé tartoznak a növényi hulladékanyagok: 1.) fahulladékok: pl. faforgács, fűrészpor, fakéreg, 2.) mezőgazdasági növényi hulladékanyagok: pl. kukoricacsutka, gabonafélék szalmája, napraforgóhéj, köleshéj, zabpelyva, gyapotmaghéj. Ezen hulladékanyagok legnagyobb részét a növények vázanyagai (sejtfal-komponensei) alkotják, amelyek közül ipari szempontból a cellulóz, a hemicellulóz és a lignin fontosak. A vázanyagok mellett kisebb mennyiségben egyéb anyagok is megtalálhatók a növényi hulladékokban (pl. sók, olajok), amelyeket rendszerint ki lehet vonni az anyagból valamilyen oldószerrel (vízzel vagy szerves oldószerekkel), ezért ezek összességét extraktanyagnak szokták nevezni. Az élő fa 50-60%-nyi nedvességet tartalmaz. A gyártásra kerülő légszáraz hántolt fatörzs átlagos nedvességtartalma 15-25%. Szárazanyagra számítva a különféle fafajták átlagos összetétele a következő: 40-50% cellulóz, 20-30% lignin, 20-30% hemicellulóz, néhány % gyanta, csersav, ásványi só. A lignin, a hemicellulóz és egyéb összetevők kémiai felépítésében és tulajdonságaiban a különféle fafajták között lényeges különbségek lehetnek. Cellulóz, hemicellulóz, lignin A cellulóz és a hemicellulóz poliszacharidok. A cellulóz a növényvilágban a legnagyobb mennyiségben előforduló szerves vegyület, amely mint a sejtfalat felépítő poliszacharid, a magasabb rendű növényekben a vázanyag szerepét tölti be; a növényi sejtfal legfontosabb komponense, mivel cellulózmolekulákból álló szálak hálózata határozza meg a sejtfalak alapszerkezetét. A cellulóz D-glükóz egységekből β-1,4-es glikozidkötésekkel felépülő poliszacharid (1. ábra).

1. ábra - Cellulóz 2

A "hemicellulóz" gyűjtőnév. Azon poliszacharidokat foglalja magába, amelyek a cellulózon kívül részt vesznek a sejtfal felépítésében. Szerepük a cellulóz szálak hálózatából álló sejtfalváz rögzítése a cellulózmolekulákhoz kapcsolódva. A hemicellulózok között pentozánok (pentóz egységekből felépülő poliszacharidok) a leggyakoribbak és legnagyobb mennyiségben előfordulók, de hexozánok is megtalálhatók, sőt a hemicellulózokhoz tartozóknak tekintjük az olyan cellulóz felépítésű poliszacharidokat is, amelyek lényegesen kisebb molekulatömegűek, mint a cellulóz. A cellulóz és a hemicellulóz gyakorlati megkülönböztetését az teszi lehetővé, hogy a cellulóz nem oldódik nátriumhidroxid-oldatban, míg a cellulózzal azonos felépítésű, de kisebb molekulatömegű poliszacharidok, valamint a hemicellulóz egyéb poliszacharidjai igen. Másrészt a hemicellulózok savas hidrolízise már enyhébb körülmények közt is végbemegy, mint a cellulózé: szobahőmérsékleten a cellulóz csak tömény sósavval vagy 60 - 80%-os kénsavval hidrolizáltatható; 1 - 2%-os kénsavval vagy sósavval a hemicellulóz már 100 – 130 °C-on hidrolizál, a cellulóz csak 150 – 180 °C-on (100 °C fölött nyomás alatt végezve a hidrolízist). Tehát a növények hemicellulóz-tartalmát főleg pentozánok képezik, az ide tartozó pentozánok közül is a túlnyomóan D-xilóz egységekből, -1,4-es glikozidkötésekkel felépülő xilánok (2. ábra) a leggyakoribbak.

2. ábra: Xilán A xilánok a D-xilózon kívül kis mennyiségben D-arabinózt, D-galaktózt és Dglükuronsavat is tartalmazhatnak. A lignin a sejtfal cellulózból és hemicellulózból felépülő rácsszerkezetének molekuláris méretű üregeibe rakódik be, a sejtfal mechanikai ellenálló-képességét növeli. A "lignin" elnevezés is gyűjtőnév: jelenti a fának vagy az elfásodott növényi részeknek azt a vázanyagát, amely aromás építőkövekből épül fel. A különféle fafajtákban vagy elfásodott növényi részekben található lignin más és más felépítésű, de fellelhetők bennük szerkezeti hasonlóságok: az aromás gyűrűkhöz gyakran metoxi-csoport vagy fenolos hidroxil-csoport kapcsolódik, az aromás egységeket összekötő részekben általában heterociklusban lévő

3

oxigén található. A lignin szerkezetének részleges jellemzésére szolgál az alábbi képlet (3. ábra), amely a lignin molekulájának egy gyakran ismétlődő, jellegzetes részét mutatja be: O H3CO

CH OCH3

OCH3

O OH

O H3CO

OCH3 O

3. ábra: Lignin A növényi hulladékanyagok szerves vegyipari felhasználása A növényi hulladékanyagok közvetlen felhasználásának két fő területe van: 1.) cellulózgyártás; 2.) a hulladékanyagok szénhidrátjainak kémiai feldolgozása. A cellulózgyártás legfontosabb nyersanyaga a fa. Előállításához számos eljárást dolgoztak ki. A különböző gyártási eljárások közös alapja az, hogy az extraktanyagok kioldása mellett a hemicellulózt és a lignint kémiai átalakítással vízben oldhatóvá teszik és kioldják a cellulóz mellől. A kapott termék sohasem kémiailag tiszta cellulóz, hanem szennyezésként kevés lignint és hemicellulózt is tartalmaz. A cellulóz tisztasága és tulajdonságai a nyersanyagtól, a feltárás módjától és mértékétől függenek. Kémiai feldolgozás céljaira valamint jobb minőségű papír gyártásához a feltárt cellulózt utólagosan még tovább kell tisztítani. A cellulózgyártásnál leginkább az ún. biszulfitos- illetve lúgos-eljárást alkalmazzák. A biszulfitos eljárásnál a fát kalcium-biszulfit (Ca(HSO3)2) szabad kén-dioxidot (SO2) tartalmazó vizes oldatával tárják fel: az aprított nyersanyagot a feltárósavval nyomás alatt 120-140 °C-on 8-12 órán át főzik. A feltárás során a hemicellulóz fokozatosan elhidrolizál és feloldódik. A lignin 70-80 °C felett SO2-ot köt meg, és lignin-szulfonsavak keletkeznek, amelyek a hőmérséklet további növelésekor hidrolízis következtében fokozatos bomlást szenvednek és a keletkező kisebb molekulájú lignin-szulfonsavak kalciumsók formájában oldódnak. Ha a feltárósav nem tartalmaz elegendő kalciumot, a szabad lignin-szulfonsavak sötét színű, oldhatatlan anyaggá kondenzálnak és szennyezik a terméket. A feltárás után a 4

nyers cellulózt vízzel mossák, és ezt dolgozzák fel végtermékké, vagy tovább tisztítják (fehérítik), az így kapott termék könnyen fehéríthető, papírgyártásra és kémiai feldolgozásra egyaránt alkalmas, ám a művelet során a cellulóz is kismértékű hidrolízist szenved a feltárósav szabad SO2-tól függően. Az elhasznált feltárósavat megszűrik és ezt nevezik szulfitlúgnak, vagy szennylúgnak. Mivel a lignin vegyipari hasznosítása még nem teljesen megoldott, a magas lignintartalma miatt a nagy mennyiségű szennylúg kezelése problémát okoz, hiszen csak elenyésző hányadát tudják értékesíteni, a rendelkezésre álló mennyiségnek csupán 5%-át. Leggyakrabban úgy járnak el, hogy a szennylúg bepárlási maradékát tüzelésre használják. A szennylúgban oldott cukrokat hasznosítják, a hexózból etil-alkoholt, pentózból takarmányélesztőt állítanak elő. A lignin-szulfonsavakból cserzőanyagok, diszpergálószerek állíthatók elő, valamint a lignin oxidációjával vanillin gyártható. A besűrített szulfitlúgot kémiai átalakulás nélkül is használják, pl. brikettezére. A lúgos eljárás alapja, hogy a hemicellulóz és a lignin is feloldható nátriumhidroxidoldatban a cellulózzal ellentétben. A lignin fenolos hidroxilcsoportjai révén ún. "alkálilignin" formájában oldódik fel. A lúgos főzésnél a cellulóz kevésbé károsodik, ezért ilyen úton nagy szilárdságú terméket lehet kapni. A feltáró oldatban lejátszódó mellékreakciók (főként oxidációk) következtében azonban sötét színű vegyületek is keletkeznek, melyek a terméket színezik és megnehezítik a fehérítését. Az elhasznált feltáróoldat (gyári nevén feketelúg) sötét színű oldat, ami a növényi nyersanyagból kioldott szervetlen sókat és szerves vegyületeket (alkálilignin, hemicellulóz, zsírsavas és gyantasavas sók, oxidációs termékek, stb..) tartalmaz. A feketelúgot regenerálják és újra felhasználják. Először bepárolják kb. 60% szárazanyagtartalomig. Fenyőfélék esetében az oldatot ülepítik és elválasztják a belőle kivált zsírsavas, gyantasavas sókat, amelyeket kénsavval megbontva nyerik a tallolajat, amit a lakkiparban, a textiliparban, a papírgyártásban, a szappangyártásban és a fa impregnálására használnak fel. A bepárolt feketelúgot elégetik, és a keletkezett ömledéket vízben oldják, majd meszet (Ca(OH)2) adnak hozzá (a keletkezett Na2CO3 megbontása céljából), majd a keletkezett CaCO3-ot szűrik és az oldatot újra felhasználják. A cellulózt sokféle termék előállításához használják fel alapanyagként az iparban, fő felhasználása a műselyem- és a papírgyártás. A cellulóz észter származékai közül a cellulózacetátnak, illetve a nagyobb szénatomszámú szerves észtereinek és kevert észtereinek van ipari jelentősége. A gyakorlat során példaként megvizsgáljuk cellulóz-acetáttá történő átalakítását. A cellulóz-acetát alapú műanyagok nem gyúlékonyak, nem érzékenyek gyenge savakra, kőolajokra, zsíros olajokra és benzinre. Szívósságuk, rugalmasságuk, szilárdságuk,

5

időjárásállóságuk, valamint ütő és hajlítószilárdságuk kiváló. Hátrányuk viszont, hogy vízzel és vegyszerekkel szembeni ellenálló-képességük csekély, rossz az oldószer és lágyítótűrésük. Cellulóz-acetát műanyagokból formázott tárgyakat főként a járműiparban, írószergyártásban, hangszergyártásban és bútoriparban használnak. A cellulóz-acetát alapú filmeket főleg villamos szigetelő fóliaként, valamint a fényképészeti iparban, a biztonsági film filmalátétjeként (nyers filmként) alkalmazzák. Szállá húzva a acetátselyem készül belőle. Ezen kívül lakkalapanyagként való felhasználása is elterjedt. A növényi hulladékanyagok szénhidrátjainak kémiai feldolgozása során a bennük lévő poliszacharidok elcukrosítását (savas hidrolízisét) vagy pentozántartalmuk furfurollá alakítását jelentheti. A hőmérséklettől és a savtöménységtől függően a hidrolízis háromféleképpen hajtható végre: 1.) csak a hemicellulózt hidrolizáljuk; 2.) két lépésben hidrolizálunk: előbb enyhébb körülmények között a cellulózt; 3.) erélyes körülmények között, egyszerre hidrolizáljuk az összes poliszacharidot. A növényi hulladékanyagok szénhidrátjainak hidrolizátumai a következő célokra használhatók: 1.) cukrok előállítása (elsősorban D-glükóz és D-xilóz), 2.) tápoldatként mikrobiológiai eljárásoknál (pl. szeszes erjesztés, takarmányélesztő gyártása), 3.) furfurol előállítása pentóztartalmú hidrolizátumból. A furfurolt szintén növényi hulladékokból (kukoricacsutka, napraforgómag héja, burgonya szára) állítják elő. A nyersanyagban levő pentozánokat híg ásványi savval hidrolizálják, és a keletkező pentózokat azonnal, vagy külön lépésben furfurollá alakítják (4. ábra). Kidolgoztak olyan eljárásokat is, amelyekben a kiindulási anyag a fa cukrosításával kapott előhidrolizátum.

C5H10O5

H

O O

C

3 H2 O

H

4. ábra: Furfurol képződése A furfurol jellegzetes szagú, színtelen folyadék, vízzel korlátozottan elegyedik. Felhasználása sokrétű, olefinek szelektív oldószereként és szintézisek alapanyagául

6

alkalmazzák

az

iparban

(többek

között

maleinsav,

polikondenzációs

műanyagok

előállításánál). Növényanalitikai módszerek Az ipari feldolgozásra kerülő növényi nyersanyagok összetételéről elemzés útján kapunk adatokat. Olyan komponensek mennyiségének meghatározásáról van szó, amelyek gyakran többféle vegyületből állnak (pl. hemicellulóz), így a meghatározáshoz felhasznált módszertől függően más-más eredmények kaphatók. Abban az esetben, ha úgy határozzuk meg valamelyik komponens mennyiségét, hogy kinyerjük az anyagból, és tömegét a kiindulási anyag tömegéhez viszonyítjuk, az eredményt az is befolyásolja, hogy az előállított termék mindig tartalmaz több-kevesebb szennyezőanyagot is (a többi komponens nem távolítható el teljesen anélkül, hogy a termék ne szenvedne károsodást). A fentiek miatt a növényanalízis eredménye mellett mindig meg kell adni, hogy a meghatározást milyen módszerrel végeztük el. A légszáraz növényi anyag nedvesség-tartalmának meghatározását szárítószekrényben való szárítással végezhetjük el. Az extraktanyagok meghatározásának egyik változata a forró vizes kioldás. Ezúton ásványi sók, szerves savak, szerves bázisok és azok sói, cukrok stb. vonhatók ki a növényi anyagból. Forró víz hatására, mivel szabad savak lehetnek jelen, a poliszacharidok részleges hidrolízist szenvedhetnek. Ezért a forró vizes oldás időtartamát és hőfokát pontosan meg kell adni. A cellulóz meghatározásának lényege az, hogy eltávolítjuk az extraktanyagokat, a lignint és a hemicellulózt, és a visszamaradt anyag tömegét mérjük. A cellulóz előállítására a gyakorlat során cc. HNO3 és 96%-os etanol 1:4 arányú elegyét alkalmazzuk erre a célra, aminek hatására a lignin nitrálódik és oxidálódik, a hemicellulóz pedig elhidrolizál, és a keletkezett termékek az extraktanyagokkal együtt feloldódnak az alkoholban. A hemicellulóz (pentozán)-tartalom meghatározása úgy történhet, hogy a pentozánokat pl. 12%-os sósavval forralva furfurollá alakítják, a képződött terméket kidesztillálják (a furfurol vízgőzzel desztillál), majd a furfurol mennyiségét határozzák meg alkalmas módszerrel. A lignint mint a növényi anyag savval nem hidrolizálható maradékát határozhatjuk meg. Erre a célra legtöbbször 64 - 72%-os kénsavat vagy tömény sósavat alkalmaznak. A sav optimális mennyiségét elővizsgálattal szokták eldönteni. A követelmény az, hogy a sav a poliszacharidokat lehetőleg teljesen feloldja, ugyanakkor a lignin minél kisebb bomlást

7

szenvedjen. A lignin bomlásának jellegzetes mutatója metoxitartalmának csökkenése. Az a savtöménység lesz tehát optimális, amely mellett a legnagyobb metoxitartalmú, de ugyanakkor a legkisebb mennyiségű anyag marad vissza. Az elővizsgálatok alapján a 72 %-os kénsav bizonyult megfelelőnek. GYAKORLATI MUNKA A gyakorlat célja: 1.) A növényi hulladékanyag nedvesség tartalmának meghatározása 2.) növényi

hulladékanyag

cellulóz

tartalmának

meghatározása

szárazanyagra

vonatkoztatva; 3.) lignintartalmának meghatározása szárazanyagra vonatkoztatva; 4.) cellulóz-acetát fólia előállítása. 1.) A nedvességtartalom meghatározása: Három darab, előre lemért tömegű, csiszolatos bemérő edénybe analitikai mérlegen mérjünk ki 3x1 g-ot a kapott növényi hulladék anyagból. Az edényeket nyitott tetővel tegyük 105 °C-os szárítószekrénybe 2 órára. Ezután exszikkátorban (szintén nyitott tetővel) hagyjuk őket lehűlni, hogy a levegőből ne szívhassanak magukba nedvességet a minták lehűlés közben. A tömegcsökkenésekből

számítsuk

ki

a

növényi

anyag

átlagos,

tömegszázalékos

nedvességtartalmát. 2.) A cellulóztartalom meghatározása: Egy 250 cm3-es Erlenmeyer-lombikba öntsünk 20 cm3 96 %-os etanolt, majd állandó rázogatás közben, kis részletekben adjunk hozzá 5 cm3 65 %-os salétromsavat fülke alatt. Helyezzünk el egy 500 cm3 -es gömblombikba 1 g, analitikai mérlegen lemért növényi anyagot, majd öntsük hozzá az etanol-salétromsav elegyet. Szereljünk a lombikra visszafolyó-hűtőt, és tegyük a vegyifülkében lévő vízfürdőbe. Ne felejtsük el megnyitni a visszafolyó hűtő hűtővizét! A mintát forraljuk 15 percen át vízfürdőn. Ezután szívassuk le merülőszűrővel az oldatot a visszamaradt szilárd anyagról. Időközben készítsünk újabb, a fenti összetételű etanol-salétromsav elegyet, majd a leszívatás után visszamaradt szilárd anyagra öntsük rá. Most is forraljuk az elegyet 15 percig. Ismételjük meg az előző műveleteket, tehát összesen 3x15 percig kezeljük az anyagot, mindig új etanol-salétromsav eleggyel, és 3-szor szívjuk le róla az oldatot merülőszűrővel. Mérjük meg a G3-as üvegszűrő tömegét! A visszamaradt cellulózt öblítsük kevés absz. etanollal G3-as üvegszűrőbe, szívassuk le az alkoholt, majd részletekben további 5x5 cm3 absz. etanollal felkeverve mossuk a szűrőn, az egyes alkoholadagok leszívatásával.

8

A termékként kapott nedves cellulóz alikvot mennyiségeinek szárítását szárítószekrényben végezzük 105 °C-on, 20 percen keresztül. A cellulóz nedvességtartalmának meghatározása: Határozzuk meg a szűrőn összegyűjtött nedves cellulóz tömegét. A nedves cellulóz mintákból analitikai mérlegen mérjünk ki 0,1-0,3 g-ot 3 db, előre lemért tömegű, csiszolatos bemérőedénybe (mindkét esetben három párhuzamost vizsgálunk). A cellulózrészleteket szárítsuk tömegállandóságig - szárítószekrényben 105 °C-on, legalább 20 percen keresztül. Ezután exszikkátorban (szintén nyitott tetővel) hagyjuk őket lehűlni, hogy a levegőből ne szívhassanak magukba nedvességet a minták lehűlés közben. A tömegcsökkenésekből számítsuk ki a nedves cellulóz átlagos, tömegszázalékos nedvességtartalmát. Számítsuk ki, hogy a kapott száraz termékek tömege hány százalékát képezi a bemért hulladékanyag szárazanyagának. 3.) A lignintartalom meghatározása: Mérjünk be analitikai mérlegen 1 g őrleményt egy 50 cm3-es, csiszolt dugós Erlenmeyerlombikba, majd öntsünk hozzá 15 cm3 72 %-os kénsavat. Ezután óvatosan keverjük össze a lombik tartalmát, majd nyitott állapotban helyezzük 60 °C-os termosztátba. 5 perc múlva dugaszoljuk be a lombikot, és tartalmát rázzuk jól össze. Az összerázást 10 percenként ismételjük meg. 45 perc elteltével öntsük a sötétbarna szuszpenziót egy előre lemért tömegű, G4-es üvegszűrőre, a folyadékot szívassuk le. Forró vizes öblítéssel vigyük a lignint maradéktalanul a szűrőre, majd a szűrőn részletekben, összesen kb. 200 cm3 forró vízzel felkeverve és a folyadékadagokat leszívatva mossuk az anyagot pH=3-4-ig. Az üvegszűrőről lecsepegő folyadék pH-ját időnként vizsgáljuk meg pH-papírral! A mosóvíz leszívatása után mossuk át a lignint még 3x5 cm3 absz. etanollal is. A termékként kapott nedves lignin alikvot mennyiségeinek szárítását szárítószekrényben végezzük 105 °C-on, 20 percen keresztül. A lignin szárítása: Határozzuk meg a szűrőn összegyűjtött nedves lignin tömegét. A nedves ligninmintákból analitikai mérlegen mérjünk ki 0,1-0,3 g-ot 3-3 db, előre lemért tömegű, csiszolatos bemérőedénybe (mindkét esetben három párhuzamost vizsgálunk). A ligninrészleteket szárítsuk tömegállandóságig - szárítószekrényben 105 °C-on, legalább 20 percen keresztül. A

tömegcsökkenésekből

számítsuk

ki

a

nedves

lignin

átlagos,

tömegszázalékos

szárazanyagtartalmát, ennek segítségével pedig azt, hogy mennyi száraz lignint sikerült összesen kinyerni a növényi anyagból. Számítsuk ki, hogy a kapott száraz lignin tömege hány százalékát képezi a bemért hulladékanyag szárazanyagának.

9

4.) Cellulóz-acetát fólia előállítása: A reakció lényege, hogy a cellulóz glükóz egységeinek szabad hidroxil-csoportjait (glükóz egységenként maximálisan hármat) ecetsav-anhidriddel acetilezzük (5. ábra). Az ecetsav-anhidrid hozzáadása előtt a cellulózt kénsavtartalmú jégecettel részlegesen hidrolizáljuk, hogy rövid cellulózfragmenteket tartalmazó szuszpenzió jöjjön létre. A diszpergált cellulózmolekulák hozzáférhetőkké válnak az ecetsav-anhidrid számára. A terméket metanolos, diklór-metános fázisba visszük, amelyből az oldószerek elpárolgásával párhuzamosan a cellulóz-acetát fóliaként válik ki. Termosztálható edénybe mérjünk be 0,5 g, felaprított cellulózt papírvatta vagy vatta formájában. Adjunk hozzá 15 cm3 jégecetből és 2 csepp cc. kénsavból készült oldatot. Kevertessük az anyagot 70-80 °C-on, 20 percen át. Ezután adjunk hozzá 5 cm3 ecetsavanhidridet, majd kevertessük további 20 percig. Adjunk a szuszpenzióhoz 1 cm3 desztillált vizet az elreagálatlan ecetsavanhidrid elhidrolizálására és még 5 percig kevertessük. H

OOCCH3

* H

OH O

*

H O

O

H3C C 3n

O HO H H

*

OH H

H O

O

O HO H

O

H

* OOCCH3 H

H3C C O

n

5. ábra: Cellulóz-acetát előállítása

3n H3C

COOH

A reakcióelegyet öntsük 50 cm3 desztillált vízbe, és szűrjük le a szilárd terméket részletekben Büchner tölcsérre helyezett szűrőn. Mossuk a szűrőn 20 cm3 desztillált vízzel. FONTOS, hogy a vizet is részletekben adagoljuk. 18 cm3 diklór-metán és 2 cm3 metanol elegyét melegítsük forrásig, majd adjuk hozzá a leszűrt cellulóz-acetátot. Figyeljünk arra, hogy a felhasznált laboreszközök vízmentesek legyenek, mert a víz elbontja a cellulóz-acetát fóliát! Víztelenítsük a keletkező oldatot nátrium-szulfáttal. (Szórjunk rá kb. 1 kanál Na2SO4-t.) Víztelenítés után az oldatot dekantáljuk Petri-csészébe (áttöltjük az oldatot Petri csészébe úgy, hogy a szilárd anyag visszamaradjon), és fülke alatt párologtassuk el az oldószereket. Anyagbeadás: Beadandó az előállított cellulóz-acetát fólia. Jegyzőkönyvkészítés: a mellékelt jegyzőkönyv kitöltése által.

10

n

JEGYZŐKÖNYV A jegyzőkönyvnek tartalmaznia kell: - előre elkészítve: a kitöltött fedőlapot, a mérés lényegét, a mérés rövid leírását (minden feladatrészre) - a gyakorlat során elkészítve: a hallgató által elvégzett feladatrészre vonatkozó konkrét mérési adatokat és számolásokat (beleértve a számlások menetét is); végül az összesítő értékelést mindhárom feladatrészre vonatkozóan A számolás megértésének elősegítésére a következő számolási minta szolgál:

Minta adatok

Kiindulási növényi hulladékanyag

Cellulóz

Lignin

1,01 g

0,99 g

2,50 g

1,00 g

10%

30%

mennyisége Nedves termék mennyisége (mszűrő+anyag – mszűrő)

Számolás

Nedves termék szárazanyag-tartalma Kiindulási száraz növényi anyag

(1-0,05) · 1,01 g =

(1-0,05) · 0,99 g =

mennyisége (ha a növényi hulladék-

0,9595 g

0,9405 g

Száraz termék mennyisége

0,10 · 2,5 g = 0,25 g

0,30 · 1,00 g = 0,30 g

Növényi hulladék szárazanyag-

(0,25 g/0,9595 g) ·

(0,30 g/0,9405 g) ·

tartalomra vonatkoztatott cellulóz-

100% = 26,1 %

100% = 31,9 %

anyag nedvesség-tartalma: 5%)

ill. lignintartalma Lehetséges összesítés: A gyakorlat során ................ feladatokat végeztünk el. A ................... (növényi hulladék) szárazanyagtartalomra vonatkoztatva 26,1 % cellulózt és 31,9% lignint tartalmaz, ez összesen 58,0%. A fennmaradó 42 %, nagy valószínűséggel ............ alkotják. Az irodalomból ismert adatok

szerint

ezek

az

értékek.

.......................,

ennek

a

mérési

eredményeink

megfelelnek/ehhez képest a mérési eredményeink eltérnek, amit az okozhat, hogy.... stb... Megjegyzés: A számolási mintában és az összesítésben feltüntetett adatok szándékosan nem felelnek meg a gyakorlat során kapható mérési adatoknak, csak a számolás menetének megértését segítik!

11

ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK 1) Milyen feladatokat kell elvégezniük a mai gyakorlaton? (Mindhárom feladatrészben összesítve) 2) Milyen vegyszereket használ a gyakorlaton? (Képletek!) 3) Mire kell vigyázni a gyakorlat során felhasznált vegyszerek esetén? 4) Milyen műveleteket kell okvetlenül fülke alatt végezni a gyakorlat során? Miért? 5) Mi a cellulóz meghatározásának elméleti alapja? 6) Hogyan történik a növényi hulladék cellulóz-tartalmának meghatározása a gyakorlaton? 7) Mi a lignin meghatározásának elméleti alapja? 8) Hogyan történik a növényi hulladék lignin-tartalmának meghatározása a gyakorlaton? 9) Mi a hemicellulóz meghatározásának elméleti alapja? 10) Mi az extraktanyagok meghatározásának elméleti alapja? 11) Hogyan állítható elő a cellulóz-acetát fólia? 12) A fóliakészítésnél miért kell az első lépésben kénsavat hozzáadni a cellulózhoz? 13) A cellulóz-acetát előállítása során alkalmazott szűrési lépésben melyiket hasznosítjuk a továbbiakban: a leszűrt szilárd anyagot, vagy a szűrletet? 14) Írja fel a cellulóz-acetát fólia előállításának egyenletét! 15) Mire használható a cellulóz-acetát fólia? 16) Hogyan történik a növényi hulladék nedvesség-tartalmának meghatározása? 17) Sorolja fel a növényi hulladékanyagok vegyipari hasznosításának lehetőségeit! 18) Hogyan definiálja a cellulózt és a hemicellulózt? (Cellulózra képlet is) 19) Hogyan definiálja a lignint? 20) Milyen cellulózgyártási eljárásokat ismer? 21) Mi a biszulfitos eljárás lényege? 22) Mi a szennylúg? 23) Milyen anyagokat tartalmaz a szennylúg? 24) Miért jelent problémát a cellulózgyártás során keletkező szennylúg? 25) Milyen felhasználási lehetőségei vannak a cellulózgyártás során keletkező szennylúgnak? 26) Mi a lúgos eljárás lényege? 27) Mi a feketelúg?

12

28) Milyen felhasználási lehetőségei vannak a lúgos eljárás során keletkező feketelúgnak? 29) A termék felhasználhatósága szempontjából mi a különbség az egyes cellulózgyártási eljárások között? 30) A melléktermék felhasználhatósága szempontjából mi a különbség az egyes cellulózgyártási eljárások között? 31) Milyen extrakciós eljárásokat alkalmaz a gyakorlat során? 32) Mi a furfurol? (Képlet is) 33) Mire használják a furfurolt az iparban? 34) Milyen nyersanyagokból lehet furfurolt előállítani? 35) Írja fel a furfurol előállításának egyenletét! 36) Írja fel a következő vegyületek képletét: ... (Minden vegyület, ami a leírásban megemlítés szintjén szerepel, különös tekintettel az említett szénhidrátokra) 37) Számítsa ki a megadott adatok szerint a növényi hulladékanyag nedvességtartalmát! ... 38) Számítsa ki a megadott adatok szerint a növényi hulladékanyag cellulóz- és/vagy lignintartalmát! ... 39) SZÁMÍTÁS: koncentráció számítás, százalék számítás IRODALOMJEGYZÉK 1. Gerecs Árpád: Bevezetés a kémiai technológiába, Tankönyvkiadó, Budapest, 533 – 545 oldal 2. Winnacker – Küchler: Kémai technológia II. (Szerves kémiai technológia), Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 336 – 347 oldal 3. Vajta László – Szebelényi Imre: Kémiai technológia, Tankönyvkiadó, Budapest, 41 45 oldal

13