Одержання солом'яної целюлози для хімічної переробки

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 676.1.022+676.14

одержання солом'яної целюлози для хімічної переробки

Трембус І.В., Савченко С.С., Сиротюк С.В.

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Досліджено вплив попередньої екстракції лугом стебел пшеничної соломи на показники якості пероцтової солом'яної целюлози. Визначено оптимальні умови проведення лужної екстракції стебел соломи. Встановлено, що проведення лужної обробки і пероцтового варіння призводить до отримання целюлози, яка за своїми показниками якості може бути використання для хімічного перероблення.

Ключові слова: солома, лужна екстракція, пероцтове варіння, целюлоза, показники якості.

целюлоза солома екстракція лужний

Постановка проблеми

В багатоплановому характері вирішення проблеми сировинної бази світової целюлозно-паперової промисловості важливе місце займає питання використання недеревної рослинної сировини (НДРС) і відходів сільського господарства. Із багаточисельних видів однорічних рослин особливий інтерес представляє солома злакових культур (пшенична, житня, рисова). В даний час використовується лише близько 1,5% загальних запасів недеревної рослинної сировини. Використання лише 10% однорічних рослин та відходів сільського господарства дозволить отримати більш 125 млн. т на рік первинних волокнистих напівфабрикатів (ВНФ) [1]. Основною перевагою подібної рослинної сировини є її щорічна відтворюваність і можливість перероблення як традиційними лужними способами делігніфікації, так і нетрадиційними, наприклад, окисно-органосольвентними [2]. Целюлоза, окрім виробництва паперу та картону, використовується для хімічної переробки на етери та естери целюлози, з яких одержують хімічні волокна, плівки, пластичні маси, лакофарбові матеріали, клеї та ін. Як правило високоякісну целюлозу для хімічної переробки виробляють переважно з деревини як хвойних порід також відомо про одержання целюлози для хімічної переробки з соломи злакових культур та інших представників недеревної рослинної сировини [3]. Целюлоза, яка призначена для хімічної переробки, повинна мати високу хімічну чистоту і молекулярну однорідність.

Складність при використанні недеревної рослинної сировини для отримання технічної целюлози полягає в наявності коротких волокон; неоднорідності макро- і мікроструктури; високому вміс- ті пентозанів і, особливо, золи (зокрема сполук кремнію); низькій насипній масі сировини. Цю проблему неможливо вирішити тільки за рахунок вдосконалення допоміжних процесів і обладнання (абсорбційного, випарного, содорегенераційного і т.д.), як це відбувається сьогодні. Вихід -- це перехід на альтернативні способи варіння, що виключають джерело шкідливих викидів. Серед альтернативних технологій одержання ВНФ вченими пропонується проводити делігніфікацію рослинної сировини в пероксокислотах -- окисно- органосольвентні варіння. Вони характеризуються меншою енергоємністю виробництва і більшою вибірковою дією на лігнін [4]. Серед органосоль- вентних способів одним із найбільш перспективних вважається пероцтовий метод одержання ВНФ із рослинної сировини, застосування якого виключає подальший процес вибілювання технічної целюлози хлормісткими сполуками.

Експериментальна частина. Для проведення досліджень з отримання пероцтової целюлози використано висушені на повітрі стебла пшеничної соломи, яку було заготовлено після закінчення вегетативного періоду в сільськогосподарських підприємствах Черкаської області. Хімічний аналіз стебел пшеничної соломи було виконано у відповідності зі стандартними методиками [6]. В результаті визначень було одержано наступний хімічний склад стебел соломи: вміст целюлози -- 45,6%; лігніну -- 17,1%; смоли, жири, воски -- 5,4%; пентозани -- 25,8%; розчинність у воді -- 10,6%; розчинність у NaOH -- 37,2%; зола -- 4,2% від маси абс. сух. сировини.

Для зниження вмісту мінеральних речовин проводили попередню екстракцію подрібнених стебел пшеничної соломи розчинами NaOH різної концентрації. Для цього наважки подрібнених стебел соломи поміщали в термостійкі конічні колби, додавали розчин лугу необхідної концентрації і з'єднували колби зі зворотними холодильниками. Для забезпечення температури процесу 90±2°С колби встановлювали на водяних банях. Екстракцію лугом проводили протягом 20--80 хв., за концентрації розчину NaOH 20, 30, 40 та 50 г/л та гідромодуля 10:1. Після закінчення обробки ВНФ промили дистильованою водою до нейтрального середовища, висушували на повітрі і визначили показники якості за стандартними методиками [7].

Наступним етапом обробки солом'яних ВНФ було проведення процесу варіння целюлози сумішшю льодяної оцтової кислоти і 35%-го Н2О2 у співвідношеннях 30:70 об'ємних% за гідромодуля 10:1, температури 90±2°С, тривалістю 90 хв.

а)

б)

в)

Рис. 1. Залежність показників якості солом'яних ВНФ від тривалості екстракції лугом за різної концентрації NaOH: а -- зольність, %; б -- вміст залишкового лігніну, %; в -- вихід, %

Виходячи з аналізу літературних даних лужну обробку рослинної сировини зазвичай проводять за концентрації NaOH 40 г/л, тривалістю 120 хв [8]. В роботі було розширено діапазон концентрацій лугу від 10 до 50 г/л. Результати екстракції стебел пшеничної соломи розчином NaOH за різної концентрації лугу на показники якості солом'яних ВНФ наведено на рис. 1.

З метою зменшення вмісту мінеральних речовин та залишкового лігніну проводили процес варіння целюлози розчином пероцтової кислоти (табл. 1).

Як видно із даних табл. 1, підвищення тривалості лужної екстракції з подальшим варінням розчином пероцтової кислоти знижує вміст золи у солом'яній целюлозі. Зменшення виходу целюлози зумовлене деструкцією вуглеводної частини та переходом до розчину лігніну, екстрактивних речовин, золи і низькомолекулярних вуглеводних сполук. Також спостерігається зміна забарвлення соломяної целюлози із золотаво-жовтого на білий. Це зумовлено тим, що пероцтова кислота не тільки руйнує молекулу лігніну, діючи на ароматичні кільця його молекул, а й спричиняє деструкцію хромофорних груп. При цьому, як видно з даних табл. 1, зі зростанням концентрації NaOH від 30 до 50 г/л під час лужної екстракції рослинної сировини з подальшим пероцтовим варінням целюлози не призводить до значного зменьшення зольності целюлози і вмісту вній залишкового лігніну. Тому процес екстракції стебел пшеничної соломи доцільно проводити за концентрації NaOH не більше 30 г/л.

Таблиця 1

1. Вураско А.В. Ресурсосберегающая технология получения целюлозного материала при комплексной переработке сельскохозяйственных культур / А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер, А.Р. Галимова, Е.А. Мозырева, Н.Н. Гуле- мина, Л.А. Земнухова // Химия растительного сырья, 2006. - № 4. - С. 5-10.

2. Невмываный С., Кай-Эрик Волюмари Возможности переработки соломы для производства целлюлозы в Украине. - Киев. - 2013. - С. 20.

3. Хинчич О.А., Сокаррас А., Релли Б.О. Перспективы формования волокон и пленок из растворов производных багассной целлюлозы // Тез. докл. Всес. научно-техн. конф. «Химия, технол. и применение целлюлозы и ее производных» - Черкассы, 1990. - С. 239-240.

4. Примаков С.П., Барбаш В.А., Черьопкіна Р.І. Виробництво сульфітної та органосольвентної целюлози. Навчальний посібник - Київ: ЕКМО. - 2009. - 279 с.

5. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. - М., 1991. - 320 с.

6. Барбаш В. А., Трембус І. В., Гапон О. С., Шевченко В. М. Одержання солом'яних волокнистих напівфабрикатів пероцтовим способом делігніфікації // Наукові вісті НТУУ «КПІ». - 2010. - № 3. - С. 42-49.

7. Примаков С.Ф., Милосердов В.П., Кухникова М.С. Лабораторный практикум по целлюлозно-бумажному производству. - М.: Лесн. пром-сть, - 1980. - 168 с.

8. Москалева В.Е. Диагностические признаки недревесных растительных и химических волокон / В.Е. Москалева, З.Е. Брянцева, Е.В. Гончаров и др. - М.: Лесная пром-сть, 1981. - 120 с.

9. Барабаш В.А., Трембус И.В. Органосольвентные способы получения волокнистых полуфабрикатов из пшеничной соломы // Энерготехнология и ресурсосбержение. - 2009. - № 1. - С. 37-41.

10. Барбаш В.А., Нагорна Ю.М. Розробка технології одержання мікрокристалічної целюлози із волокон льону // Східно-Європейський журнал передових технологій. - 2015. - Т. 1, № 5(73). - С. 42-46.

Трембус И.В., Савченко С.С., Сыротюк С.В.

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»

ПОЛУЧЕНИЕ СОЛОМЕННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ

Аннотация

Исследовано влияние предварительной экстракции стеблей пшеничной соломы на показатели качества перуксусной соломенной целлюлозы. Определены оптимальные условия проведения щелочной экстракции стеблей соломы. Установлено, что проведение щелочной обработки и перуксусной варки приводит к получению целлюлозы, которая по своим показателям качества может быть использована для химической переработки.

Ключевые слова: солома, щелочная экстракция, перуксусная варка, целлюлоза, показатели качества.

Trembus I.V., Savchenko S.S., Syrotuk S.V.

National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»

STRAW PRODUCING CELLULOSE FOR CHEMICAL PROCESSING

Summary

The effect of pre-treatment alkaline broken rice straw quality perotstovoyi straw pulp. The optimum conditions of alkaline extraction of broken rice straw. Found that of alkaline treatment and perotstovoho cooking results in cellulose, which by its quality indicators can be used for chemical processing. Keywords: straw, alkaline extraction, perotstove cooking, cellulose, quality.

Размещено на Allbest.ru