ОДЕРЖАННЯ ЦЕЛЮЛОЗИ ІЗ ПШЕНИЧНОЇ СОЛОМИ У ДВОСТУПЕНЕВІЙ СИСТЕМІ ОЦТОВА КИСЛОТА – ПЕРОКСИД ВОДНЮ – ВОДА – ЕТИЛОВИЙ СПИРТ

Автор(и)

  • Ірина Віталіївна Трембус Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського http://orcid.org/0000-0001-6985-4424
  • Ніна Валеріївна Cемененко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського http://orcid.org/0000-0001-6297-516X

Ключові слова:

пшенична солома, оцтова кислота, пероксид водню, етиловий спирт, делігніфікація, вихід волокнистого напівфабрикату, вміст залишкового лігніну, вміст целюлози, рівняння регресії, оптимізація

Анотація

Актуальність теми дослідження. Залучення вторинної сировини у вигляді відходів сільського господарства та розроблення нових екологічно безпечних способів делігніфікації рослинної сировини для вирішення проблем забруднення навколишнього середовища.

Постановка проблеми. Наявні методи делігніфікації рослинної сировини з використанням окисника – пероксиду водню дають змогу отримати волокнистий напівфабрикат із високим виходом, але з показниками міцності на 15-30 % нижчими в порівнянні з волокнистими напівфабрикатами, одержаним варильними розчинами при рН > 7. Тому необхідно вдосконалювати наявні способи делігніфікації пшеничної соломи пероксидом водню в середовищі оцтової кислоти.

Аналіз останніх досліджень. Було детально розглянуто останні вітчизняні та закордонні публікації, що є у відкритому доступі, щодо окисно-органосольвентних способів делігніфіації рослинної сировини з використанням пероксокислот та спиртів.

Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Дослідження технології окисно-органосольвентної делігніфікації рослинної сировини з використанням спирту у складі варильного розчину та визначення оптимальних значень технологічних параметрів (температури і тривалості) процесу одержання солом’яних волокнистих напівфабрикатів.

Постановка завдання. Дослідження технологічних параметрів одержання солом’яної целюлози в системі оцтова кислота – пероксид водню – вода-етиловий спирт для збільшення фізико-механічних показників і виходу цільового продукту. 

Виклад основного матеріалу. Досліджено двоступеневий спосіб одержання солом’яної целюлози із січки пшеничної соломи. На першій стадії делігніфікація проводилася в середовищі оцтова кислота-пероксид водню-вода при витратах пероксиду водню 50 % від маси абсолютно сухої сировини (а.с.с.). На другій стадії варіння до варильного розчину додавали 40 об’ємних % етилового спирту на заміну такої ж кількості відпрацьованого варильного розчину після першої стадії. Визначено вміст основних компонентів у вихідній рослинній сировині. Вивчено вплив умов делігніфікації, а саме температури та тривалості варіння на вихід волокнистого напівфабрикату, вміст у ньому залишкового лігніну, вміст целюлози та показники міцності. Показано, що зростання температури на першій стадії процесу від 50 до 70 °С, на другій стадії від 80 до 100 °С і тривалості обробки рослинної сировини від 60 до 120 хв та від 60 до 180 хв, відповідно до стадій процесу делігніфікації, призводить до зменшення виходу на 7,9-18,9 %, вмісту залишкового лігніну на 4,27-9,11 %, при цьому вміст целюлози у волокнистому напівфабрикаті зростає на 10,1-15,8 %. Досліджено, що показники механічної міцності одержаних волокнистих напівфабрикатів зі збільшенням температури та тривалості обробки вихідної сировини зростають. Розраховано рівняння регресії для кожної стадії варіння, які адекватно описують експериментальні дані й можуть бути використані як математична модель процесу делігніфікації пшеничної соломи пероксидом водню в середовищі оцтової кислоти. Методом багатокритеріальної оптимізації умов делігніфікації визначено оптимальні значення технологічних параметрів процесу варіння пшеничної соломи. Запропонована лігнін-вуглеводна діаграма делігніфікації рослинної сировини. Визначено ряд, в який розташовуються за ефективністю різні способи делігніфікації пшеничної соломи.

Висновки відповідно до статті. Розроблено технологію одержання солом’яних волокнистих напівфабрикатів в системі «оцтова кислота – пероксид водню – вода – етиловий спирт». Розраховано рівняння регресії, що адекватно описують експериментальні дані і можуть бути використані як математична модель дослідженого способу одержання солом’яного волокнистого напівфабрикату. Встановлено оптимальні технологічні параметри, які забезпечують одержання кінцевого продукту з високими показниками якості. Наведено лігнін-вуглеводну діаграму делігніфікації стебел пшеничної соломи різними способами варіння. 

Біографії авторів

Ірина Віталіївна Трембус, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського

кандидат технічних наук, доцент

Ніна Валеріївна Cемененко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського

аспірантка

Посилання

Трембус І. В., Соколовська Н. В., Галиш В. В., Носачова Ю. В., Оверченко Т. А. Низькотемпературна делігніфікація пшеничної соломи органічними кислотами. Питання хімії і хімічної технології. 2019. № 1. С. 82–89.

Fagbemigun T. K., Fagbemi O. D., Otitoju O., Mgbachiuzor E., Igme C. C. Pulp and papermaking potential of corn husk. Int. J. AgriScience. 2014. № 4. Рр. 209–213.

Барбаш В. А., Дейкун І. М. Хімія рослинних полімерів : навчальний посібник. Київ : Едельвейс, 2014. 440 с.

Пен Р. З., Каретникова Н. В., Вшишкова И. А., Пен В. Р. Делигнификация пшеничной соломы пероксосоединениями. Фундаментальные исследования. 2013. № 6. С. 855–858.

Пен Р. З., Каретникова Н. В., Катализируемая делигнификация древесины пероксидом водорода и пероксикислотами. Химия растительного сырья. 2005. № 3. С. 61–73.

Трембус І. В., Соколовська Н. В. Делігніфікація пшеничної соломи в системі СН3СООН – Н2О – Н2О2.. Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe East European Scientific Journal. 2018. № 2(30), ч. 2. Рр. 61–66.

Smook G. A. Handbook for pulp and paper technologists. Angus Wilde Publications. Canada, 2002. 425 p.

Rodriguez A., Moral A., Serrano L., Labidi J., Jiménez L. Rice straw pulp obtained by using various methods. Bioresource Technology. 2008. № 99(8). Рр. 2881–2886.

El-Ghany N. Organosolv pulping of cotton linters. Cellulose Chemistry and Technology. 2009. № 43. Р. 419–426.

Michael A Johnson, Mohammad H. Moradi. New Identification and Design Methods. Springer, 2005. 543 p.

TAPPI Test Methods. Atlanta, Georgia, Tappi Press (2004).

ГОСТ 14363.4-89 (ИСО 5264-3-79, ИСО 5269-2-80). Целлюлоза. Метод подготовки проб к физико-механическим испытаниям. Москва : Издательство стандартов, 1989. 16 с.

Барбаш В. А., Дейкун І. М. Оптимізація процесу одержання целюлози для хімічної переробки натронним способом з попереднім гідролізом. Наукові вісті НТУУ «КПІ». 2003. № 1. С. 74–78.

Edel R. M., Brunow G. Reactions of β-aryl ether lignin model compounds under formic acid and peroxyformic acid pulping conditions. The Intern. Symp. on Wood and Pulping Chemistry. May 22– 25; Raleigh, -NC, -USA, 1989.

Барбаш В. А., Трембус И. В. Органосольвентные способы получения волокнистых полуфабрикатов из пшеничной соломы. Энерготехнология и ресурсосбережение. 2009. № 1. С. 37–41.

Barbash V., Trembus I., Sokolovska N. Performic pulp from wheat straw. Cellulose chemistry and technology. 2018. № 52(7-8). Рр. 673–680.

##submission.downloads##

Номер

Розділ

ТЕХНОЛОГІЇ ХАРЧОВОЇ ТА ЛЕГКОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ