Koksnes pirolīzes kondensātu preparatīva sadalīšana un analīze ar šķidruma hromatogrāfijas metodēm

Abstract

Darbā veikta koksnes pirolīzes kondensātu ķīmiskā sastāva izpēte ar ultra augstefektīvo šķidruma hromatogrāfiju apvienojumā ar dažādiem detektoriem, kā arī veikts pētījums, lai no pirolīzes kondensātiem preparatīvi izdalītu galveno pirolīzes produktu – anhidrosaharīdu levoglikozānu. Izmantojot eksklūzijas hromatogrāfiju, noskaidrots, ka pirolīzes kondensātos dominē mazmolekulāri savienojumi ar molmasu zem 500 g·mol-1. Kvalitatīvā analīze ar augstas izšķirtspējas masspektrometriju ļāva identificēt dažādu ķīmisko savienojumu klašu pārstāvjus – galvenokārt anhidrosaharīdus, fenolu glikozīdus un citus fenolu atvasinājumus. Darbā salīdzinātas dažādas kvantitatīvās anhidrosaharīdu, furānu un fenolu noteikšanas metodes, kas svarīgas pirolīzes produktu kvalitātes kontrolei, izstrādājot koksnes pārstrādes tehnoloģiskos procesus. Lai izvērtētu iespēju ar preparatīvo hromatogrāfiju no pirolīzes produktiem izdalīt levoglikozānu, tika salīdzināti dažādi jonu apmaiņas sveķi. Noskaidrots, ka ar stipri bāzisku anjonu apmaiņas sveķu kolonnām iespējams viegli iegūt levoglikozāna frakciju ar >85 % tīrību, un šī metode tiek piedāvāta kā piemērotākā levoglikozāna izdalīšanai no pirolīzes produktiem rūpnieciskos apmēros. Sekojoša kristalizācija ar etanolu ļāva iegūt līdz 99 % tīru levoglikozānu. KOKSNES PIROLĪZES PRODUKTI, LEVOGLIKOZĀNS, ANHIDROSAHARĪDI, PREPARATĪVĀ HROMATOGRĀFIJA, JONU APMAIŅAS SVEĶI, ULTRA AUGSTEFEKTĪVĀ ŠĶIDRUMA HROMATOGRĀFIJA

In this work, the chemical composition of wood pyrolysis condensates was studied with ultra-high performance liquid chromatography coupled with different detectors, and an investigation about the preparative separation of the main product of pyrolysis – an anhydrosugar levoglucosan – was carried out. Size exclusion chromatography showed that low molecular weight compounds with molecular mass below 500 g·mol-1 dominated in the pyrolysis condensates. Qualitative analysis with high definition mass spectrometry identified compounds belonging to different chemical classes – mostly anhydrosaccharides, phenolic glucosides and other phenol derivatives. Various quantitative methods for the analysis of anhydrosaccharides, furans and phenols were compared, to enable quality control of pyrolysis products for the development of the technological processes of wood conversion. Different ion exchange resins were studied to evaluate the possibility of separating levoglucosan from pyrolysis products with preparative chromatography. It was found that the use of strongly basic anion exchange resin columns could easily give a levoglucosan fraction with >85 % purity using aqueous solutions, therefore it has been proposed as the most suitable method for industrial scale separation of levoglucosan. Levoglucosan with up to 99 % purity could be obtained by further crystallization with ethanol. WOOD PYROLYSIS PRODUCTS, LEVOGLUCOSAN, ANHYDROSACCHARIDES, PREPARATIVE CHROMATOGRAPHY, ION EXCHANGE RESIN, ULTRA-HIGH PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY