Катализируемая делигнификация древесины пероксидом водорода в кислой среде

• Автор: Мирошниченко, Ирина Валерьевна
• Шифр специальности: 05.21.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 131 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Окислительные методы делигнификации древесины
1.1 Способы окислительной делигнификации
' 1.2 Пероксид водорода как делигнифицирующий реагент
1.2.1 Реакции лигнина и углеводов при окислительной делигнификации
1.2.2 Кинетика катализируемой делигнификации древесины пероксидом водорода
1.3 Исследования в области делигнификации древесины "пероксидом водорода
1.4 Направления дальнейших исследований
2 Методы исследования
- 2.1 Подготовка древесного сырья..г
2.2 Приготовление и анализ варочных растворов
2.3 Анализ волокнистых полуфабрикатов
2.4 Математическая обработка результатов
3 Синергетические эффекты в системах катализаторов
делигнификации
3.1 Введение
3.2 Кинетика разложения пероксида водорода
3.3 Активность катализаторов при делигнификации
древесины
4 Одноступенчатая пероксндная варка
4.1 Факторы варки
4.2 Оптимизация процесса
4.3 Варка древесины разных пород
4.4 Варка смешанного древесного сырья
5 Двухступенчатая пероксидно-щелочная варка
5.1 Факторы варки
5.2 Оптимизация процесса
5.3 Варка древесины разных пород
5.3.1 Влияние фракционного состава сырья на результаты варки
5.3.2 Влияние принудительной пропитки на результаты варки
5.4 Варка смешанного древесного сырья
6 Свойства пероксидной целлюлозы
6.1 Химические свойства
6.2 Способность к размолу.. ................., 94 .
6.3 Структурно-механические (бумагообразующие) свойства
6.4Свойства смешанных композиций по волокну
7 Материал реакторов
7.1 ' Влияние материала реактора на скорость разложения пероксида водорода
7.2 Влияние материала реактора на ход пероксидной варки и свойства целлюлозы
8 Технико-экономическая, экологическая и социальная эффективность разработок
8.1 Экономический эффект
8.2 Экологический эффект
8.3 Социальный эффект
Выводы
Список использованных источников
ВВЕДЕНИЕ
Во всем мире существенно изменились оценки способов получения целлюлозы. Ужесточение требований к качеству стоков и газовых выбросов промышленных предприятий поставило вопрос о необходимости отказа уже в недалеком будущем от технологий, использующих соединения серы и хлора. Это стимулирует поиски альтернативных путей делигнификации, более безвредных для окружающей среды.
На кафедре целлюлозно-бумажного производства СибГТУ разработан способ получения целлюлозных полуфабрикатов путем низкотемпературного катализируемого окисления древесного лигнина. Согласно патенту [1], древесина обрабатывается варочным раствором, состоящим из смеси органической кислоты, пероксида водорода и воды с добавлением катализаторов. В качестве катализаторов используются. соединения - переходных .металлов - молибдаты, вбльфраматы и др. Под действием пероксида часть кислоты превращается -в перкислоту - сильный и специфический окислитель, глубоко разрушающий структуру лигнина и почти не затрагивающий углеводную часть древесины. Такой способ получения целлюлозы решает основную задачу - исключение соединений серы из технологического процесса. Используемые реагенты не представляют опасности для окружающей среды. В этом основное преимущество обсуждаемого способа делигнификации перед применяемыми в промышленности сульфатным и сульфитными способами. Из других достоинств варки с пероксидом водорода можно отметить:
- получение полуфабриката как с высоким выходом, так и с высокими показателями механической прочности, вследствие селективности окисляющего воздействия пероксида водорода и органических перкиелот;

3 СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В СИСТЕМАХ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЕЛИГНИФИКАЦИИ
ЗЛ Введение
Катализаторами окисления лигнина пероксидом" водорода (далее обозначаются как Cat) являются соединения переходных металлов - хрома, молибдена, вольфрама. Согласно теории промежуточных продуктов Шпитальского [98,99], они взаимодействуют с пероксидом водорода с образованием промежуточных пероксокомплексов (СаЮ) по схеме
Н202 + Cat Н20 + CatO. (3.1)
Пероксокомплексы переносят активный кислород от пероксида водорода к субстрату: -
L + СаЮ у L01t+ Cat ~ (3.2)
- (L " и L0K - лигнин й продукты его окисления). Одновременно г пероксокомплексы необратимо, разлагаются с выделением молекулярного -кислорода:
CatO * Cat + й 02, (3.3)
что приводит к непроизводительному расходованию пероксида водорода в технологических процессах. Подходящим выбором условий можно направить процесс преимущественно по маршруту реакций (3.1) и (3.2).
Общая скорость каталитической реакции пропорциональна активности и концентрации промежуточного продукта, но не концентрации пероксида водорода. В образовании СаЮ могут одновременно принимать участие несколько веществ, которые в этом случае действуют как один смешанный катализатор. В состав СаЮ могут входить также ионы ГГ и ОГГ, которые влияют на степень его активности. Вследствие этого при использовании смешанных катализаторов и «сопутствующих» веществ (кислот, щелочей) весьма вероятно проявление эффектов синергизма и антагонизма. Ранее-эти