Holzessig flüssig

Holzessig, Pyrolignesäure, auch Holzsäure genannt, ist eine dunkle Flüssigkeit, die durch destruktive Destillation von Holz und anderen Pflanzenmaterialien entsteht. Die Hauptbestandteile von Holzessig sind Essigsäure, Aceton und Methanol. Er wurde einst als kommerzielle Quelle für Essigsäure verwendet. Darüber hinaus enthält der Essig oft 80-90 % Wasser sowie etwa 200 organische Verbindungen.

Holzessig ist ein Nebenprodukt der Holzkohleproduktion. Es handelt sich um eine Flüssigkeit, die aus dem Gas und der Verbrennung von frischem Holz in luftleerer Umgebung entsteht. Wenn das Gas abgekühlt wird, kondensiert es zu einer Flüssigkeit. Roher Holzessig enthält mehr als 200 Chemikalien wie Essigsäure, Formaldehyd, Ethylvalerat, Methanol, Teer usw. Holzessig verbessert die Bodenqualität, beseitigt Schädlinge und kontrolliert das Pflanzenwachstum, ist jedoch leicht giftig für Fische und sehr giftig für Pflanzen, wenn zu viel davon verwendet wird. Es beschleunigt das Wachstum von Wurzeln, Stängeln, Knollen, Blättern, Blüten und Früchten. In bestimmten Fällen kann es das Pflanzenwachstum hemmen, wenn der Holzessig in unterschiedlichen Mengen verwendet wird. Eine Studie zeigt, dass Obstbäume nach der Verwendung von Holzessig in einem Obstgarten mehr Früchte tragen. Holzessig ist für Lebewesen in der Nahrungskette ungefährlich, insbesondere für Insekten, die bei der Bestäubung von Pflanzen helfen.

Holzart
Laubbäume wie Japanische Eiche, Buche und Weißeiche gelten als gute Rohstoffe. Quercus acutissima, ebenfalls ein Laubbaum, weist jedoch eine niedrige Inhaltsstoffkonzentration auf.

Nach den Laubbäumen werden in landwirtschaftlichen Produkten häufig Kiefer, Zeder, Hinoki-Zypresse, Japanische Lärche und Bambus verwendet. Von diesen ist die Inhaltsstoffkonzentration in der Kiefer relativ hoch.

Verschiedene Hölzer haben unterschiedliche Zusammensetzungsverhältnisse. So kommt beispielsweise Essigsäure - ein typischer Bestandteil von Holzessig - in Laubbäumen in Mengen von 3,5-4,0 % vor, im Bambus dagegen nur in Mengen von 1,4 %.

Extraktionstemperatur
Die Dauer der Extraktion ist auf die Zeit beschränkt, in der weißer Rauch ausgestoßen wird, und umfasst nicht die Zeit des anfänglichen Rauchs. Daher sollte die Extraktion beginnen, wenn die Temperatur der Abgasöffnung des Holzkohleofens (Erdofens) 80-84 ‹C beträgt, und enden, wenn die Temperatur 110-120 ‹C beträgt. Wenn der Rauch blau wird, verwandelt sich die Substanz in Fibrin-zersetzten Teer, wodurch die keimtötende Wirkung des Produkts beeinträchtigt wird.

Sofort

Nach der Extraktion findet weiterhin eine chemische Reaktion (Polymerisation) mit den Holzessigbestandteilen statt. Daher sollte die Substanz für einen Zeitraum von 3-6 Monaten stehen gelassen werden, bis sich die Bestandteile absetzen.

Holzessig, der Fremdstoffe enthält oder schmutzig aussieht, wenn man ihn in einer kleinen Menge in einen Glasbehälter gibt, ist von schlechter Qualität. Ein Produkt guter Qualität hat einen klaren gelblich-braunen bis rötlich-braunen Farbton. Die Farbe sollte dem angenehmen Farbton von schwarzem Tee, Bier oder Wein ähneln.

Der Holzessig sollte keinen unangenehmen Geruch haben. Holzessig mit starkem, stechenden Geruch ist ein synthetisches Produkt, das eine Substanz wie Eisessig enthält, um den pH-Wert anzupassen.

Der pH-Wert sollte bei etwa 3 liegen. Höhere Extraktionstemperaturen führen zu höheren Säurewerten.

Das spezifische Gewicht von Holzessig sollte bei einer Flüssigkeitstemperatur von 15 °C (wenn japanische Eiche in einem Lehmofen verkohlt wird) etwa 1,015 betragen. Bei höheren Temperaturen gewonnener Holzessig hat ein höheres spezifisches Gewicht. Bitte beachten Sie, dass das spezifische Gewicht stark variiert, wenn ein anderes Gerät als ein Lehmofen, wie z. B. ein Eisenofen oder ein Verbrennungsofen, verwendet wird.

Guten Holzessig erkennt man auch an Chemikalien. Der Holzessig ist akzeptabel, wenn die Flüssigkeit am Neutralpunkt transparent bleibt und der Geruch ohne Auffälligkeiten dem ursprünglichen Geruch entspricht. Der chemische Test muss beweisen, dass es sich bei der Flüssigkeit um die Zellflüssigkeit (den Saft) eines jungen Baumes handelt.

Roher Holzessig, Bioöl, ist eine sehr komplexe Lösung mit mindestens 200 Bestandteilen. Einige dieser Bestandteile können zu komplexen Reaktionen wie Oxidation und Polymerisation neigen. Die physikochemischen Eigenschaften von Holzessig aus verschiedenen Quellen sind selbst zwischen Produktionschargen aus derselben Quelle sehr unterschiedlich. Dies führt zu Inkonsistenzen bei der Nutzungseffizienz. Wenn Holzessig daher eine zukünftige Quelle für die Produktion natürlicher Chemikalien mit gleichbleibender Aktivität sein soll, muss eine wirksame Trennmethode entwickelt werden, um halbgereinigte bioaktive Bestandteile zu erzeugen. Für halbgereinigte und klassifizierte Bestandteile wurden verschiedene Methoden wie Stehenlassen, Filtern, Destillieren und Lösungsmittelextraktion entwickelt. Um spezifischere und gleichbleibendere Produkteigenschaften zu erhalten, kann der Holzessig in halbgereinigte Produkte fraktioniert werden. Dies kann durch verschiedene Techniken wie Sedimentation, Filtration, Chromatographie, Destillation und Lösungsmittelextraktion erreicht werden.

Stehende Methode
Dies wird verwendet, um Holzessig aus rohem Bioöl herzustellen. Es ist die einfachste und effizienteste Methode, rohes Bioöl in einem Behälter stehen zu lassen. Beim Stehenlassen werden die instabilen Bestandteile im rohen Holzessig oxidiert oder polymerisiert und setzen sich ab, suspendieren oder haften an der Innenwand des Behälters. Der dünne ölige Film auf der Oberfläche der Flüssigkeit und der transparente Holzessig, die sich in der mittleren Phase absetzen, müssen verworfen werden, und die suspendierten sowie ausgefällten Stoffe werden gefiltert, um transparenten Holzessig herzustellen. Wenn die Steh- und Filterprozesse mehrmals wiederholt werden, erhält man stabilen, transparenten Holzessig. Obwohl die Stehmethode viel Zeit in Anspruch nimmt, ist sie im Vergleich zu anderen Methoden einfach und kostengünstig und es werden gute Ergebnisse garantiert. In der Praxis lässt sich Holzessig durch Stehenlassen für mindestens 3 Monate leicht von dem gesamten Bioöl und einer viskosen oligomeren ligninhaltigen Fraktion trennen, die sich am Boden absetzt.

Filtrierung
Filter wie Filterpapier werden verwendet, um die ausgefallenen und suspendierten Stoffe zu entfernen. Das Filtern von frisch gewonnenem Bioöl kann unerwünschte Bestandteile nicht vollständig entfernen, sodass das Auftreten von Schwebstoffen von der Filtermethode abhängt. Um transparenten Holzessig zu erhalten, ist eine Kombination aus Filterung und Ruhen erforderlich. Beim Filtern verstopfen das Öl und die Schwebstoffe im Holzessig allmählich das Filterpapier oder den Filter, wodurch die Filterzeit verlängert wird. Um dies zu verhindern, ist ein häufiger Wechsel des Filterpapiers oder Filters erforderlich. Das Auftreten von Schwebstoffen im transparenten Holzessig nach weiterem Ruhen bedeutet, dass instabile Bestandteile zurückbleiben, die erneut gefiltert werden müssen.

Säulenchromatographie
Das Prinzip der Säulenchromatographie besteht darin, dass Substanzen aufgrund ihrer unterschiedlichen Adsorptionsfähigkeiten an der stationären Phase getrennt werden. Holzessig enthält große polare Verbindungen. Im Allgemeinen werden stark polare Moleküle leicht an der stationären Phase adsorbiert, während schwach polare Moleküle dies nicht tun. Der Prozess der Säulenchromatographie umfasst also Adsorption, Desorption, erneute Adsorption und erneute Desorption. Kieselgel wird üblicherweise als stationäre Phase verwendet und ein Eluent wird basierend auf der Polarität der Verbindungen aus Holzessig ausgewählt. Paraffineluenten wie Hexan und Penten werden verwendet, um aliphatische Verbindungen zu trennen. Aromatische Verbindungen werden normalerweise mit Benzol oder Toluol eluiert. Einige andere polare Verbindungen werden durch Elution mit Methanol oder einem anderen polaren Lösungsmittel erhalten.

Destillation
Die Destillation ist eine gängige Trenntechnik in der chemischen Industrie. Diese Methode trennt die Komponenten nacheinander entsprechend ihrer unterschiedlichen Flüchtigkeit und ist für die Trennung von Flüssigkeitsgemischen unerlässlich. Im Allgemeinen gibt es zwei Destillationssysteme, nämlich die Normaldruck- und die Unterdruckdestillation. In beiden Systemen werden Verbindungen anhand der unterschiedlichen Siedepunkte getrennt.

Der karbonisierende Holzessig hat einen Wassergehalt von bis zu 80–90 % und einen relativ geringen Unterschied im Siedepunkt zwischen den verbleibenden 10 % organischen Stoffen. Daher beginnt das Sieden des Holzessigs bei unter 100 Grad unter atmosphärischem Druck und dann wird die Destillation bis auf 250–280 Grad fortgesetzt, woraufhin 35–50 % Rückstand übrig bleiben.

Die Destillationsmethode ist recht effektiv, um Holzessig zu konzentrieren und auch Substanzen mit besonders niedrigem und hohem Siedepunkt zu entfernen. Der Destillationsprozess kann jedoch unerwünschtes Polymer nicht vollständig entfernen. Es ist praktischer, diese Methode anzuwenden, nachdem unerwünschtes Polymer im Rohessig durch die Stehmethode entfernt wurde. Dabei sollte jedoch vorsichtig vorgegangen werden, da das Erhitzen der Probe zum Kochen Oxidation und Polymerisation auslösen kann, wodurch die Bioaktivität aller Komponenten verloren geht.

Lösungsmittelextraktion
Bei der Flüssig-Flüssig-Extraktion, auch Lösungsmittelextraktion genannt, handelt es sich um die selektive Übertragung einer Substanz von einer flüssigen Phase in eine andere. Normalerweise wird eine wässrige Lösung der Probe mit einem nicht mischbaren organischen Lösungsmittel extrahiert. Somit verteilt sich der gelöste Stoff A zwischen einem wässrigen und einem organischen Lösungsmittel:

wobei eckige Klammern die Konzentration bezeichnen und KD als Gleichgewichtsverteilung des Verteilungskoeffizienten bekannt ist, die unabhängig von der Gesamtkonzentration des gelösten Stoffes ist. Es ist zu beachten, dass konstante Temperatur und Druck angenommen werden und dass A in beiden Phasen in genau derselben Form vorliegen muss. Das Gleichgewicht ist hergestellt, wenn die chemischen Potenziale (freien Energien) des gelösten Stoffes in den beiden Phasen gleich sind und normalerweise innerhalb weniger Minuten durch kräftiges Schütteln erreicht wird. Der Wert von KD ist ein Spiegelbild der relativen Löslichkeit des gelösten Stoffes in den beiden Phasen.

Die Lösungsmittelextraktion oder Flüssig-Flüssig-Extraktion wurde zur teilweisen Reinigung aktiver Verbindungen aus Holzessigmischungen eingeführt. Diese Technik wird zur Trennung von Verbindungen mit unterschiedlicher Verteilung oder relativer Löslichkeit zwischen den beiden Lösungsmittelphasen verwendet. Üblicherweise wird eine wässrige Lösung der Probe mit einem nicht mischbaren organischen Lösungsmittel extrahiert. Durch Auswahl der geeigneten Polarität der Lösungsmittel für die Extraktion, wie Hexan, Diethylether, Ethylacetat, Aceton, Wasser usw., können die gewünschten Produkte erhalten werden. Um eine höhere Reinheit der bioaktiven Verbindungen aus Holzessig zu erhalten, schlugen Oasmaa et al. vor, eine schrittweise Extraktion auf Grundlage der Polaritätsreihenfolge anzuwenden. Einige Berichte zeigten, dass phenolische Verbindungen und organische Säuren unter Verwendung von Ethern und Dichlormethan aus Holzessig extrahiert wurden. Sie fanden jedoch heraus, dass eine beträchtliche Menge der hochpolaren und flüchtigen Verbindungen durch gleichzeitige Verdampfung der Verbindungen beim Trocknen des Lösungsmittels verloren ging.

In einem weiteren Phänomen wurde die synergistische Funktion als Wirkungsweise von Holzessig beschrieben. Die meisten Forscher haben lange vermutet, dass Phenol und organische Säure aktive Bestandteile sind. Der neue Bericht aus dem Jahr 2011 stellte jedoch andere, nicht identifizierte Bestandteile vor, bei denen es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um aktive Verbindungen handelt. Die streng geheime Effizienzmethode zur Identifizierung von Bestandteilen ist sehr wichtig. Sie wird die richtige Antwort auf die Frage liefern, welche wichtigen bioaktiven Bestandteile von Holzessig sind, und kann dann als biochemischer Marker zur Quantifizierung der Qualität von Holzessig verwendet werden.