Учреждение Российской академии наук Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН Денисова Марина Николаевна

ТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ДРЕВЕСИНА ЛЕН ХЛОПОК ТРОСТНИКОВЫЕ

Применяемые в промышленности и исследованные в лабораторных условиях методы производства технической целлюлозы многочисленны. В основу классификации методов производства целлюлозы положены вид и свойства применяемых химических реагентов, а при использовании нескольких реагентов – последовательность обработки ими растительного сырья. Промышленные способы получения целлюлозы NaOH НЕДОСТАТКИ: Использование кислотных и щелочных способов при производстве целлюлозы и лигнина приводит к получению продуктов с измененными свойствами, подвергшихся деструкции и окислению. КИСЛОТНЫЕ СУЛЬФИТНЫЙ СУЛЬФИТНЫЙ БИСУЛЬФИТНЫЙ БИСУЛЬФИТНЫЙ АЗОТНОКИСЛЫЙ АЗОТНОКИСЛЫЙЩЕЛОЧНЫЕ СУЛЬФАТНЫЙ СУЛЬФАТНЫЙ НАТРОННЫЙ НАТРОННЫЙ ЩЕЛОЧНО- СУЛЬФИТНЫЙЩЕЛОЧНО- СУЛЬФИТНЫЙ

* НЕГОРЮЧЕСТЬ * НЕЛЕТУЧЕСТЬ * ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗВРЕДНОСТЬ * ЛЕГКАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ Молекула бензоата натрия В настоящее время гидротпропы применяются в косметической промышленности для приготовления эмульсий в фармацевтической промышленности для получения лекарственных препаратов ГИДРОТРОПНАЯ ВАРКА Гидротропный способ получения целлюлозы относят к нейтральным способам. Для получения целлюлозы по гидротропному способу применяют концентрированные водные растворы так называемых гидротропных солей некоторых органических кислот - преимущественно щелочных солей ксилол-, толуол- и цимолсульфоновой кислот, а также щелочные бензоаты, салицилаты тиоцианаты. Преимущество гидротропного способа делигнификации растительного сырья заключается в том, что варка производится с нейтральным раствором, а это почти исключает деградацию целлюлозы и приводит к высокому выходу продукта с большим содержанием α-целлюлозы. По той же причине выделяемый из растительного сырья лигнин сравнительно мало изменяется и обладает повышенной реакционной способностью.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ исследование гидротропной делигнификации недревесного сырья Исследование является частью поисковых научно-исследовательских работ по использованию нетрадиционного недревесного сырья для получения целлюлозы

В качестве источников для получения целлюлозы в работе использованы мискантус и плодовые оболочки овса, в качестве варочного реагента взят 30 %-ный раствор бензоата натрия Мискантус китайский – это многолетнее растение с низкой потребностью в удобрениях и воде. Плантация мискантуса может «работать» до лет. Для создания плантации мискантуса подходят земли нерентебельные для выращивания стандартных сельскохозяйственных культур. В условиях Западной Сибири урожайность мискантуса составляет тонн на гектар. Низкое содержание лигнина (до 19 %) позволяет рассматривать мискантус как наиболее перспективное целлюлозосодержащее сырье. Химический состав Характеристика*Содержание, % Массовая доля целлюлозы по Кюршнеру 57,4 Массовая доля лигнина 19,1 Массовая доля золы 3,9 Массовая доля пентозанов 23,3 * - в пересчете на абсолютно сухое сырье Объектом исследования являлась новая форма мискантуса китайского (Веерника китайского Miscanthus sinensis - Anders) урожая 2008 г., выращенного на плантациях ИЦиГ СО РАН в Новосибирской области Мискантус

Плодовые оболочки овса Характеристика*Содержание, % Массовая доля целлюлозы по Кюршнеру 47,1 Массовая доля лигнина 18,6 Массовая доля золы 4,6 Массовая доля пентозанов 35,3 * - в пересчете на абсолютно сухое сырье Химический состав Плодовые оболочки овса являются отходом производства крупы. К достоинствам этого вида целлюлозосодержащего сырья можно отнести их концентрирование на перерабатывающих предприятиях, низкую стоимость и небольшой размер частиц, что позволяет использовать их для выделения целлюлозы без предварительного измельчения. Объектом исследования являлись отходы переработки овса 2010 г из различных хозяйств Бийского района, предоставленные ЗАО «Бийский элеватор».

БЛОК-СХЕМА ГИДРОТРОПНОЙ ВАРКИ Целлюлоза из мискантуса Целлюлоза из плодовых оболочек овса

ВИД СЫРЬЯ Выход*, % ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ Массовая доля лигнина*, % Массовая доля золы*, % Массовая доля целлюлозы по Кюршнеру*, % Степень полимеризации, ед МИСКАНТУС 52,110,52,188,91035 ПЛОДОВЫЕ ОБОЛОЧКИ ОВСА 58,113,64,680,1950 Выход и основные физико-химические показатели технических целлюлоз из мискантуса и плодовых оболочек овса, полученные гидротропной варкой * - в пересчете на абсолютно сухое сырье

Вид сырья Выход*, % Физико-химические показатели* Массовая доля лигнина, % Массовая доля золы, % Массовая доля целлюлозы по Кюршнеру, % Степень полимеризации, ед Мискантус 42,03,42,091,2950 Плодовые оболочки овса 39,25,83,089,9900 Выход и основные характеристики беленых целлюлоз из мискантуса и плодовых оболочек овса, полученные гидротропной варкой * - в пересчете на абсолютно сухое сырье Целлюлоза После гидротропной варки получена беленая целлюлоза с выходом %, что соответствует значению, близкому к количественному выходу (массовая доля нативной целлюлозы в мискантусе находится в пределах %, в плодовых оболочках овса – %).

Таким образом, гидротропная делигнификация позволяет получить два основных продукта, практически в нативном виде: - целлюлозу - лигнин Целлюлоза В литературе отсутствуют публикации о гидротропной делигнификации мискантуса и плодовых оболочек овса Целлюлоза получена с хорошим выходом и качественными характеристиками. Подтверждены литературные данные о малом структурном изменении продукта гидротропной варки, о чем свидетельствует высокая степень полимеризации.

лигнин ИК-спектр гидротропного лигнина из мискантуса В результате одного цикла гидротропной варки получили г воздушно-сухого лигнина. Проведен термогравиметрический анализ гидротропного лигнина, а также лигин проанализирован методом ИК-спектроскопии. Разбавленный варочный раствор – фильтрат после концентрирования возможно вновь использовать для гидротропной варки. Следует отметить, что в литературе отсутствуют описания ИК-спектра гидротропного лигнина мискантуса Термогравиметрический анализ гидротропного лигнина из мискантуса Гидротропный лигнин из мискантуса

При введении операции предгидролиза перед гидротропной варкой, возможно получение еще одного дополнительного продукта – гидролизата. Гидролизат представляет собой водный раствор органических и минеральных соединений, потенциально может быть использован как самостоятельный товарный продукт – рострегулятор растений.

На данный момент проводятся исследования, направленные на получение производных гидротропной целлюлозы: простых и сложных эфиров, лекарственных производных, а также ферментативного гидролиза целлюлозы с целью получения глюкозы Возможные применения производных гидротропной целлюлозы