Väitös biotuotetekniika alalta, DI Elina Warsta

Väitöskirjan nimi: Reactions of neutral sodium sulphite solutions with chemical components of wood and wood pulps

Väittelijä: Elina Warsta
Vastaväittäjä: Prof. Merima Hasani, Chalmers University, Ruotsi
Kustos: Prof. emeritus Tapani Vuorinen, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Neutraalien natriumsulfiittiliuosten reaktiot puun ja puumassojen kemiallisten aineosien kanssa

Väitöskirjassa tutkittiin neutraalien natirumsulfiittiliuosten reaktioita puun, puumassojen sekä niiden kemiallisten ainesosien kanssa. Ligniini, selluloosa ja hemiselluloosat ovat puun kemiallisia rakennekomponentteja.

Työssä kehitettiin spektroskopinen menetelmä ligniinin fenolipitoisuuden arvioimiseksi useiden ligniinimalliaineiden ja puumassanäytteiden avulla. Kehitettyä UV-resonanssi-Raman (UVRR) spektroskopiamenetelmää käytettiin puumassanäytteiden rakenteellisiin tutkimuksiin sekä arvioimaan neutraalin sulfiittikäsittelyn vaikutusta ligniinin reaktioihin. Ligniinin reaktioiden ja liukenemisen lisäksi havaittiin, että sulfiittikäsittely korkeassa lämpötilassa katkaisi myös selluloosaketjuja.

Työssä kehitetty menetelmä helpottaa ligniinin analytiikkaa, ja mahdollistaa perinteisiä kemiallisia menetelmiä nopeamman ja ligniinin rakenteisiin kajoamattoman tavan analysoida näytteitä ja ligniinin reaktiivisuutta. Iso osa ligniinistä poltetaan energiaksi kemiallisen metsäteollisuuden prosessilieminä: ligniinianalytiikan kehittäminen on olennainen osa teollisuuden arvonlisän kasvattamista.

Neutraalisulfiittikeitto on vähäisessä määrin hyödynnettu sellunkeittomenetelmä. Tutkimuksessa tarkasteltiin neutraalisulfiittikäsittelyn vaikutusta kuitujen ominaisuuksiin ja pohdittiin mahdollisia käyttökohteita. Tulokset osoittavat mahdollisuuden valmistaa korkeampisaantoisia massoja verrattuna vallitsevaan sulfaattiprosessiin, sekä potentiaalia biopohjaisten materiaalien sovelluksiin, jotka vaativat muokattavaa hydrofiilisuutta ja veden vuorovaikutusta. Sulfonoitua selluloosaa voidaan käyttää esimerkiksi betoniteollisuudessa viskositeettia lisäävänä aineena tai niin sanottuna superplastifikaattorina, joka vaikuttaa sementtipartikkelien pintaan aiheuttaen dispersiota ja vähentäen koagulaatiota. Selluloosasulfonihappoa voidaan käyttää myös kiinteänä happokatalyyttinä kemianteollisuudessa, esimerkiksi biodieselin tuotannossa. Perinteiset homogeeniset katalyytit ovat haastavia myrkyllisten ja syövyttävien reagenssien, monimutkaisen valmistelun, jätevesien neutraloinnin, pitkän reaktioajan ja korkean lämpötilan vuoksi.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Avainsanat: bisulfiitti, fenolinen ryhmä, havupuu, hemiselluloosa, karbonyyliryhmä, kemitermomekaaninen massa, ligniini, selluloosa, sellunvalmistus, sulfaattisellu, sulfiitti, sulfonihapporyhmä, ultraviolettiresonanssiramanspektroskopia 

Yhteystiedot: elina.warsta@upm.com