Biomassaperäisen liuoksen fraktiointi membraanisuodatuksella

Työn tavoitteena oli hiilihydraattien ja aminohappojen talteenotto biomassaperäisistä liuoksista erilaisina fraktioina ultra- ja nanosuodattamalla niitä erilaisilla membraaneilla. Työ tehtiin selvitystyönä Senson Oy:lle syystalven 2015 ja kevään 2016 välisenä aikana. Teoriaosassa perehdyttiin nanosuodatukseen ja sen erilaisiin sovelluksiin teollisuudessa, sekä lyhyesti muihin paineavusteisiin membraanisuodatusprosesseihin. Teoriaosassa myös keskityttiin erityisesti nanosuodatuksessa käytettyihin membraaneihin sekä niiden likaantumismekanismeihin. Kokeellisessa osassa keskityttiin hiilihydraattien ja aminohappojen talteenottoon kolmesta biomassaperäisestä liuoksesta. Tutkimuksen osa-alueita olivat ultrasuodatus, ultrasuodatuksen konsentraatin kirkastaminen sekä ultrasuodatuksen permeaatin fraktiointi nanosuodatuksella. Tutkimuksessa kiinnitettiin myös erityistä huomiota suodatuskalvojen likaantumiseen ja peseytyvyyteen sekä kalvojen käytettävyyteen pesujen jälkeen. Ultrasuodatuksessa kaikkien kolmen liuoksen kohdalla tutkittavien hiilihydraattien saanto permeaattiin oli hyvä, noin 90 %. Ultrasuodatuksissa käytettyjen membraanien osalta ei myöskään ollut havaittavissa merkittävää likaantumista. Ultrasuodatuksen konsentraattien kirkastamiskokeissa sameutta aiheuttavat komponentit saatiin poistettua kaikista liuoksista yli 94 %:in tehokkuudella. Nanosuodatuksissa monosakkaridit saatiin erotettua suuremmista hiilihydraattikomponenteista joko täysin tai lähes täysin (97 - 100 %). Nanosuodatuksissa käytettyjen membraanien osalta huomattavaa likaantumista oli havaittavissa vain membraanilla 2. Tulosten perusteella nanosuodatuksen voidaan sanoa olevan tehokas tapa erottaa pienet monosakkaridit suuremmista hiilihydraattiyhdisteistä.

The recovery of carbohydrates and amino acids from biomass-based solutions in different fractions, by ultra- and nanofiltration, with different membranes were studied in this research. This research was made during autumn-winter 2015 and spring 2016 as study for Senson Oy. The theoretical part focused on nanofiltration and its applications in industry. Also other pressure assisted membrane filtrations were presented briefly. Membranes used in nanofiltration are introduced in the theoretical part as well as fouling in nanofiltration. The experimental part focused on recovery of carbohydrates and amino-acids from three biomass-based solutions. The main parts of the experimental part were ultrafiltration, clarification of ultrafiltration’s concentrate and the fractionation of ultrafiltration’s permeate by nanofiltration. Experimental part also focused on the fouling of membranes and especially to their washability and possible reusability. In the ultrafiltration experiments, the yield of carbohydrate components to permeate in all three solutions were good, over 90 %. There were no significant fouling detected for the membranes used in ultrafiltration experiments. In the clarification experiments for the ultrafiltration’s concentrate, components causing turbidity were removed from all three solutions with over 94 % efficiency. In the nanofiltration experiments, monosaccharides were separated from bigger carbohydrate components either entirely or almost entirely (97 – 100 %). Significant fouling was only detected on membrane 2. According to the results it can be said that nanofiltration is an effective method to separate small monosaccharides from bigger carbohydrate compounds.