Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Isolierung und Derivatisierung von Hemicellulosen aus Haferspelzen und anderen Einjahrespflanzen: Teilvorhaben 1: Isolierung von Hemicellulosen aus Einjahrespflanzen

Anschrift
Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei - Institut für Holztechnologie und Holzbiologie
Leuschnerstr. 91
21031 Hamburg
Projektleitung
Dr. Jürgen Puls
Tel: +49 40 73962-500
E-Mail schreiben
FKZ
22009700
Anfang
01.10.2000
Ende
30.09.2004
Ergebnisverwendung
Es konnte gezeigt werden, dass die Gewinnung von definiertem, qualitativ hochwertigen Xylan aus Haferspelzen sowohl im Labor- als auch im Technikumsmaßstab möglich ist. Die Arbeiten haben gezeigt, dass die Auswahl und Aufarbeitung des Rohstoffes einen erheblichen Einfluss auf die Qualität der erhaltenen Xylane haben. Die Arbeiten zur Optimierung haben gezeigt, dass 5%ige NaOH-Lösungen eine effektive Extraktion des Xylans ermöglichen, wobei höhere Konzentrationen keinen deutlichen positiven Einfluss ergeben. Eine Erhöhung der Extraktionstemperatur wirkt sich positiv aus, sollte aber unterhalb von 100 °C bleiben. Dadurch kann ein Abbau der Xylane verhindert werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde ein Verfahrensvorschlag erarbeitet, der die grundsätzlichen Anforderungen an ein wirtschaftlich zu betreibendes Verfahren erfüllt. Eine Schlüsselrolle spielt hier die Frage, in welchem Maße die Rückgewinnung der bei der Extraktion eingesetzten Natronlauge gelingt. Erste Untersuchungen zeigen hier, dass das Prinzip der Nanofiltration grundsätzlich geeignet ist, einen Teil der eingesetzten Natronlauge aus dem Extrakt zurückzugewinnen. Das gewonnene Xylan unterscheidet sich insbesondere durch seine niedrige Molmasse von Cellulose, lässt sich jedoch auf ähnliche Art und Weise im Labormaßstab in die verschiedensten Derivate überführen. Es konnten verschiedene Verfahren zur Modifizierung und Derivatisierung des extrahierten Xylans entwickelt werden. Neben der in erster Linie betriebenen Carboxymethylierung von Haferspelzenxylan wurden Versuche zur Hydroxypropylierung, zur Dihydroxypropylierung, zur Succinylierung und zur Sulfatierung durchgeführt. Für diese Versuche wurden unterschiedliche Umsetzungsvarianten erarbeitet und der Einfluss der wichtigsten Reaktionsparameter untersucht. Mit den angesprochenen Derivatisierungsverfahren wurden generell wasserlösliche, chemisch modifizierte Xylane erhalten.
Aufgabenbeschreibung
Im Rahmen dieses Verbundvorhabens sollen die Grundlagen und Technologien zur Verwendung von Hemicellulosen (Xylane) als hochwertige polymere Additive aus gering lignifizierten Resten von Einjahrespflanzen wie Haferspelzen, Stroh und Maisspindeln erarbeitet werden. Ziel ist dabei der weitgehende Erhalt des nativen Polymerisationsgrades des Xylans, so daß die Synthesevorleistung der Natur in vollem Umfang genutzt wird. Das Gesamtprojekt umfaßt den kompletten Aufbau einer Produktlinie von der Bereitstellung der Ausgangsmaterialien über die Isolierung und Derivatisierung der Wertstoffkomponenten, der Applikationsprüfung bis hin zur verfahrenstechnischen Entwicklung für eine spätere industrielle Verwendung. Die isolierten Hemicellulosen sollen in neuartige Polymere überführt und im Hinblick auf einen Einsatz in den Industriebereichen Baustoffe, Papier und Pharma getestet werden. Das Verbundvorhaben soll in Zusammenarbeit mit der Fa. Peter Kölln, dem FhG-IAP und der Fa. Wolff Walsrode AG durchgeführt werden. Die Arbeitspakete des Teilvorhabens 1 umfassen vor allem Fragestellungen zur Isolierung und umfassenden Charakterisierung der Hemicellulosen aus den unterschiedlichen Rohstoffen. Nach Optimierung der Extraktions- und Bleichsequenzen sollen Xylanproben hergestellt und den Projektpartnern für weitere Untersuchungen zur Verfügung gestellt werden.

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