Каталитическая окислительная делигнификация хвойной и лиственной древесины в уксусной кислоте

• Автор: Яценкова, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 05.21.03, 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Традиционные технологии получения целлюлозы

1.1.1 Сульфатный метод.

1.1.2 Сульфитный метод.

1.1.3 Другие щелочные методы делигнификации

1.2 Органосольвентные методы получения целлюлозы.

1.3 Катализ процессов делигнификации древесины.

1.3.1 Катализ традиционных процессов делигнификации

1.3.2 Катализ процессов органосольвентной делигнификации.

1.3.3 Катализ процессов окислительной делигнификации.
1.4 Получение и свойства микрокристаллической целлюлозы
1.4.1 Структура микрокристаллической целлюлозы.
1.4.2 Получение и применение микрокристаллической целлюлозы
1.5 Заключение по литературному обзору.
Глава 2. Экспериментальная часть.
2.1 Используемое древесное сырье и химические реактивы.
2.2 Методики делигнификации древесины и получения микрокристаллической целлюлозы.
2.2.1 Методика делигнификации
2.2.2 Методика получения микрокристаллической целлюлозы
2.2.3 Методика регенерации щелока и выделения лигнина
2.3 Методика анализа сырья и продуктов.
2.3.1 Определение степени полимеризации целлюлозы
2.3.2 Анализ структуры микрокристаллической целлюлозы
2.3.3 Анализ низкомолекулярного лигнина и регенерированного
щелока.
2.4 Планирование экспериментов и математическая обработка
результатов
Глава 3. Результаты и обсуждение.
3.1 Окислительная делигнификация древесины в среде уксусная кислота пероксид водорода вода в присутствии сернокислотного катализатора.
3.1.1 Делигнификация древесины осины.
3.1.2 Делигнификация древесины березы
3.1.2.1 Определение оптимальных условий делигнификации древесины березы.
3.1.2.2 Влияние сернокислотного катализатора.
3.1.2.3 Влияние температуры делигнификации.
3.1.2.4 Влияние гидромодуля
3.1.2.5 Влияние концентрации пероксида водорода
3.1.2.6 Влияние концентрации уксусной кислоты
3.1.2.7 Применение регенерированного щелока в процессе делигнификации.
3.1.3 Делигнификация древесины пихты.
3.1.3.1 Влияние природы катализатора.
3.1.3.2 Влияние температуры и продолжительности делигнификации.
3.1.3.3 Влияние концентрации сернокислотного катализатора
3.1.3.4 Влияние концентрации пероксида водорода
3.1.3.5 Влияние гидромодуля
3.1.3.6 Двухстадийный процесс делигнификации.
3.1.4 Делигнификация древесины лиственницы.
3.2 Окислительная делигнификация древесины в среде уксусная кислота пероксид водорода вода в присутствии катализаторов ТЮ2 и Н2Мо.
3.2.1 Делигнификация древесины березы в присутствии катализатора ТЮ
3.2.2 Делигнификация древесины пихты в присутствии катализатора ТЮ
3.2.2.1 Определение оптимальных условий делигнификации древесины пихты
3.2.2.2 Влияние температуры делигнификации.
3.2.2.3 Влияние концентрации катализатора ТЮ
3.2.2.4 Влияние гидромодуля
3.2.2.5 Влияние концентрации пероксида водорода
3.2.3 Делигнификация древесины лиственницы в присутствии катализатора Н2Мо
3.3 Сопоставление выхода и состава волокнистых продуктов делигнификации различных видов древесины.
3.4 Изучение состава низкомолекулярных продуктов делигнификации березы и лиственницы в среде уксусная кислота пероксид водорода вода
3.4.1 Выделение и изучение растворенного лигнина.
3.4.2 Изучение состава регенерированного щелока
3.4.3 Изучение состава кубового остатка регенерированного щелока.
3.5 Некоторые закономерности каталитической делигнификации древесины в среде уксусная кислота пероксид водорода вода
3.6 Получение микрокристаллической целлюлозы из древесных опилок
Основные выводы
Список использованных источников


Сжигание органических веществ черного щелока в процессе регенерации едкого натра позволяет резко уменьшить сброс органических веществ в водоемы. В то же время сульфатный процесс делигнификации растительных материалов имеет ряд недостатков. К ним относится пониженный, по сравнению с другими методами варки, выход технической целлюлозы. Чем выше содержание лигнина в целлюлозе т. Однако при получении сульфатной целлюлозы с низким содержанием лигнина мягкой целлюлозы выход волокнистого продукта не превышает . Кроме того, в сульфатной целлюлозе остается значительное количество трудноудаляемого, конденсированного лигнина. Поэтому е отбелка протекает с известными трудностями и требует более высокого, по сравнению с сульфитной целлюлозой этой же жесткости, расхода отбеливающих реагентов. Газовые выбросы сульфатцеллюлозных производств хотя и менее ядовиты, чем таковые сульфитцеллюлозных предприятий, но имеют дурной Запах и трудно улавливаются. Сульфитная варка, вплоть до второй мировой войны, была основным промышленным методом получения целлюлозы почти во всех странах мира, а в настоящее время занимает второе по значимости место. Полуфабрикаты сульфитной целлюлозы, небеленой и беленой, преимущественно, применяются для выработки газетных, типографских, писчих бумаг, бумаги для печати и целого ряда других видов бумаги, а также используются для получения искусственного волокна. Сульфитные варочные процессы основаны на обработке древесной щепы реакционными растворами, содержащими свободную сернистую кислоту и ее соли, при температуре С. Отношение щепы к жидкости по объему составляет , продолжительность варки от 5 до ч, в зависимости от требований, предъявляемых к целлюлозному полуфабрикату. Активными нуклеофильными реагентами сульфитного процесса служат ионы ШОз и БОз2. Различают нейтральносульфитные, щелочносульфитные и кислосульфитные методы варки. Особенность деструкции лигнина при сульфитной варке заключается в том, что сольволиз простых эфирных связей происходит с одновременным сульфированием. Деструкция связей аО4 в фенольных и нефенольных единицах приводит к существенной фрагментации сетки лигнина, увеличению его гидрофильности в результате введения сульфофупп. Все это
обеспечивает достаточно высокую степень делигнификации при получении 4 сульфитной целлюлозы. Связи рО4 при кислой сульфитной варке устойчивы к сольволитической деструкции. Причина этого заключается в том, что присоединение к акарбкатиону сильного нуклеофила Н3 исключает возможность элиминирования и образования структуры рарилового эфира фенола, необходимой для дальнейшей деструкции. В нейтральной и щелочных средах образующиеся структуры а
сульфоновой кислоты способны к сульфолитическому расщеплению Р алкиларильной простой эфирной связи по схеме, приведенной на рисунке 1. Рисунок 1. Образующиеся при деструкции лигнина фрагменты могут полимеризоваться в нерастворимые продукты. Процессам их конденсации способствуют кислая и щелочная среды и повышенная температура. Однако высокопрочная сульфитная целлюлоза с высокой молекулярной массой получается только с небольшим выходом, вследствие больших потерь при ее облагораживании. Выход полезных продуктов на использованное растительное сырье в случае сульфитного процесса выше, чем при сульфатной варке. Сульфитный способ получения целлюлозы также имеет ряд недостатков. При его использовании затруднена делигнификация древесины смолистых пород сосны, кедра, лиственницы вследствие конденсации лигнина с продуктами распада углеводов фурфуролом, оксиметилфурфуролом и за счет сшивания его цепей. Для производства сульфитной целлюлозы также непригодны солома и некоторые другие растительные материалы. Кроме того, в сульфитном процессе значительная часть сернистой кислоты разлагается или связывается с продуктами деструкции лигнина и углеводов. Натронный способ является старейшим промышленным способом производства целлюлозы. В качестве реагента при натронном способе используется раствор едкого натра, активным нуклеофильным реагентом служит гидроксиданион ОН . Рисунок 1.