Acid hydrolysis of cotton to adjust molar mass and viscosity

No Thumbnail Available

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-12-23

Department

Major/Subject

Biotuotteet

Mcode

CHEM3048

Degree programme

Kemiantekniikan kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

34

Series

Abstract

Cotton is a very common natural fiber, typically used in various clothing and household textiles. With the growing global population, the demand for textiles is increasing, leading to a rapid intensification of textile production. As a result, fast fashion has become more widespread, where textiles are neither produced to be durable nor recycled. The textile industry is notoriously one of the largest contributors to environmental emissions worldwide. The industry generates significant amounts of textile waste, and efforts are being made to address this issue by developing efficient recycling processes. Recycling cotton is particularly valuable because its cultivation requires large amounts of water and pesticides, which are harmful to the environment. However, recycling cotton fibers is highly challenging due to their broad molar mass distribution and high viscosity. This challenge can be partially addressed by using acid hydrolysis as a pretreatment method before recycling cotton fibers. The objective of this bachelor's thesis was to investigate how acid hydrolysis affects the molecular mass and viscosity of cotton cellulose fibers using the Ioncell technology. This research aims to alleviate the burden of textile waste by enhancing the recycling of cotton fibers. The thesis examined the environmental and sustainability challenges associated with cotton, as well as the methods developed to address these issues. Additionally, it focused on the mechanical and chemical properties of cotton and the various manmade cellulosic fiber processing methods, particularly the novel ioncell process, relevant to this. In the experimental part of the thesis, post-consumer cotton was used as the material, which was milled into cotton pulp. Sulfuric acid, diluted to the desired concentration, was employed as the acid solvent for acid hydrolysis. The molecular mass of cotton was measured using gel permeation chromatography (GPC), and intrinsic viscosity measurement was utilized to assess the viscosity. The results of the study showed that acid hydrolysis reduced the molecular mass of cotton over time. This was clearly evident in the gel permeation chromatography measurements coupled with the decreasing intrinsic viscosity over hydrolysis time. Based on this research, it is recommended that further studies test latter steps of the ioncell process using these pretreated cotton fibers.

Puuvilla on hyvin yleinen luonnonkuitu, jota käytetään tavallisesti erilaisissa vaate- ja kodintekstiileissä. Nykyisen kasvavan väestöluvun myötä tekstiilin kysyntä kasvaa, jolloin tekstiilien tuotanto tehostuu ripeää tahtia. Tämän tuloksena myös pikamuoti yleistyy, jolloin tekstiilejä ei tuoteta kestäväksi eikä niitä myöskään kierrätetä. Tekstiiliteollisuus on tunnetusti yksi isoimmista ympäristöpäästöjen aiheuttajia maailmassa. Tekstiiliteollisuudessa syntyy huomattavia määriä tekstiilijätettä, jonka ongelmia pyritään ratkaisemaan kehittämällä tehokkaita kierrätysprosesseja. Puuvillaa olisi kannattavaa kierrättää sillä sen viljelyyn vaaditaan paljon vettä ja torjunta-aineita, jotka eivät ole hyväksi ympäristölle. Puuvillakuidun kierrätys on kuitenkin hyvin haastavaa sen laajan moolimassajakauman ja korkean viskositeetin vuoksi. Tätä haastetta voidaan osittain ratkaista käyttämällä happohydrolyysiä esikäsittelymenetelmänä ennen puuvillakuidun kierrätystä. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia, kuinka puuvillan happohydrolyysi vaikuttaa puuvillan selluloosakuidun molekyylimassaan sekä viskositeettiin hyödyntäen ioncell teknologiaa. Tämän tutkimuksen myötä voidaan vaikuttaa tekstiilijätteiden taakkaan vahvistamalla puuvilla kuitujen kierrättämistä. Tässä kandidaatintyössä tarkasteltiin puuvillan eri ympäristö- ja kestävällisyyshaasteet sekä kehitetyt menetelmät näiden ratkaisemiseen. Tämän lisäksi keskityttiin puuvillan mekaanisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin ja puuvillan eri kierrätysmetodeihin, erityisesti ioncell prosessiin. Kandityön kokeellisessa osuudessa käytettiin materiaalina kuluttajakäytön jälkeistä puuvillaa, jota jauhattiin puuvillamassaksi. Happohydrolyysissä käytettiin happoliuottimena rikkihappoa, jota laimennettiin haluttuun konsentraatioon. Puuvillan molekyylimassan mittauksessa hyödynnettiin geelisuodatus kromatographiaa (eng. Gel permeation chormatography, GPC) ja viskositeetin mittauksessa intrinsisen viskositeetin mittausta. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että happohydrolyysi alensi puuvillan moolimassaa ensimmäisissä muutamissa tunnissa happohydrolyysissä. Tämä ilmeni geeli permutaatio mittauksissa selkeästi. Viskositeetti oli myös hypoteesin mukainen. Tämän tutkimuksen jälkeen suositellaan jatkotutkimuksena teettää tekokuituiset ioncell kuidut esikäsitellystä puuvillakuidusta.

Description

Supervisor

Hiltunen, Eero

Thesis advisor

Fang, Wenwen

Keywords

acid hydrolysis, ionic liquid, textile sustainability, ioncell process, cellulose fiber, man-made cellulosic fiber

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202501282042

Collections

[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM