• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권5호
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• pp.561-567
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• 2013

본 연구에서는 바이오연료 생산을 위한 헤미셀룰로오스의 회수 목적으로 혼합 하드우드 칩을 크라프트(kraft) 펄핑공정 전에 녹액(green liquor)으로 선-펄핑추출(pre-pulping extraction) 하였다. 본 실험에 사용된 녹액은 황화나트륨과 탄산나트륨이 주요 성분이며, 이 녹액에 목재 건조 질량당 0, 1, 3, 5%의 알칼리($Na_2O$)를 각각 충진하였다. 가혹 조건에 따른 선-펄핑추출액의 구성 성분을 알아보기 위해 추출은 반응시간은 1~2 h로 달리하면서 $160^{\circ}C$ 조건에서 실험을 수행하였다. 선-펄핑추출공정은 헤미셀룰로오스 추출시간과 녹액 주입 정도의 가혹도(severity)에 따라서 하향류 공정(downstream process)에서 활용 가능한 아세트산(acetic acid)과 단당류 농도, 그리고 유기산과 퓨란(furan)과 같은 분해 생성물의 축적 정도가 변한다. 본 연구 결과에서는 알칼리 주입 양이 증가할수록 헤미셀룰로오스에 존재하는 아세테이트(acetate)의 곁사슬과 용해성 및 리그닌의 양은 증가하지만, 추출액에서 탄수화물과 당류는 상당히 감소하였다. 특히 고온수(hot water)로 추출(알칼리 주입 0%)하는 경우 29.80 g/L 이상의 가장 많은 양의 탄수화물이 추출되었으나, 펄프 수율은 가장 많이 감소하였다. 또한 3% 녹액의 추출은 펄프 수율은 증가하였으나 당은 7.08 g/L로 많은 양이 감소하였다. 이 논문에서 얻어진 데이터를 통해 크라프트 펄핑공정에 추출공정 통합을 위한 헤미셀룰로오스 추출 조건을 최적화할 수 있을 것이다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제41권5호
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• pp.447-455
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• 2013

Hemicellulose extract obtained by pre-pulping extraction of woodchips, is very diluted acidic in nature. The major component responsible for this weak acidity is acetic acid, present in levels up to 5~10 g/L. Here, we report an exploratory study on the extract upgrading by reactive solvent extraction of acetic acid as well as ASPEN simulation. In this study, liquid-liquid equilibria for the ternary systems (water + acetic acid + ethyl acetate) were measured at the temperature of 298.15 K and 10 (pH = 2.02), 5 (pH = 2.17), and 1 (pH = 2.48) percent of acetic acid samples were used to carry out liquid-liquid extraction studies using ethyl acetate. In a one-stage batch experiment, 96.0% of acetic acid could be extracted for the solvent when the ratio of organic-to-aqueous phases is 4:1. For simulation results, they were used to estimate the interaction parameters between each of the three compounds of the systems studied for the NRTL and UNIQUAC models. The estimated interaction parameters were successfully used to predict the equilibrium compositions by the two models.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제40권2호
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• pp.123-132
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• 2012

Pre-pulping extracts were found to contain a dilute amount of xylo-oligosaccharides and acetic acid as the major components, and many minor components including other organic acids, lignin-derived phenolics, and sugar degradation products. Once separated from the pulp, a secondary hydrolysis step was required to hydrolyze oligomeric hemicellulose sugars into monomeric sugars before fermentation. The following study detailed the extent of hemicellulose recovery by pre-pulping using hot water extraction and characterized the hydrolysis of the extract with respect to comparing acid and enzymatic hydrolysis. The secondaryhydrolysis of hot water extracts made at an H-Factor of 800 was tested for a variety of acid and enzyme loading levels using the sulfuric acid and xylanases. The maximum fermentable sugar yield from acid and enzyme hydrolysis of the extract was 18.7 g/${\ell}$ and 17.7 g/${\ell}$ representing 84.6% and 80.1% of the maximum possible yield, respectively.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제36권4호
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• pp.102-108
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• 2008

현재 메인 주립대학에서는 펄프용 목재 성분 중 헤미셀룰로오스 추출 기술에 관한 연구개발이 한창 진행 중이다. 펄프의 수율 향상과 용액 회수에 필요한 유기 및 무기물 사용을 줄이고 새로운 바이오 물질 생산에 필요한 도입부 추가 공정이 연구의 핵심이다. 바이오 물질 중 경제적으로 상용 가능한 에탄올 생산(pilot-scale)에 있어 전 처리되지 않은 기질, 전 처리된 기질 및 펄핑 선 추출액의 화학적 성분분석은 아주 중요한 공정이다. HPLC (High Performance Liquid Chromatography)를 이용한 펄프목재 성분분석 결과, H-column으로 분석한 총 물질수지(total analytical mass balance)는 전 처리되지 않은 칩의 경우 100.6%, 전 처리된 목재 칩은 100.3%, 그리고 펄핑 선 추출액은 81.6%의 결과를 보였다. 한편, P-column으로 분석한 결과, 전 처리되지 않은 기질, 전 처리된 기질, 그리고 선 추출액은 각각, 97.8%, 97.4%, 그리고 80.7%로 나타났다. 총 물질수지가 100%를 넘거나 부족한 수치는 분석해석 중 발생한 약간의 오류로 보인다. 펄프-바이오리파이너리(Biorefinery) 공정을 통해 생성된 기질(substrate) 각각의 정확한 성분분석 결과는 에탄올 상용화 공정에 필요한 중요한 자료가 될 것으로 기대한다.

• 한국펄프종이공학회:학술대회논문집
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• 한국펄프종이공학회 2011년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.151-156
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• 2011

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제44권4호
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• pp.477-493
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• 2016

A single process using hot water (0% green liquor) and green liquor (GL) was investigated for pre-pulping extraction on two types of raw material. The GL was applied at different alkali charges of 0-5% on a dry wood weight basis. The extractions were performed at an H-factor 900 at $180^{\circ}C$. The 0% and 3% GL extraction detected acetic acid (AA) at 10.02 and $9.94g/{\ell}$, extracts derived from hardwood, 2.46 and $3.76g/{\ell}$, extracts derived from softwood, respectively. The single liquid-liquid extraction (LLE) was studied using tri-n-alkylphosphine oxide (TAPO). Response surface methodology (RSM) was employed as an efficient approach for predictive model building and optimization of AA recovery conditions. The extraction of AA was evaluated with a three-level factorial design. Three independent variables, pH (0.5-3.5), temperature ($25-65^{\circ}C$), and residence time (24-48 min) were investigated. Applying the RSM models obtained, the optimal conditions selected of extracts derived from hard- and softwood with a 3% GL were approximately pH 1.4, $26.6^{\circ}C$, 43.8 min and approximately pH 0.7, $25.2^{\circ}C$, 24.6 min, respectively. The predicted and experimental values of AA recovery yield were similar whilst sugar retention was 100%.