Комплексное использование отходов химической переработки биомассы дерева и других вторичных ресурсов в производстве композиционных вящущих и материалов, полученных на их основе

• Автор: Киселев, Владимир Петрович
• Шифр специальности: 05.21.03, 05.23.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 370 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Состояние вопроса.

1.1 Продукты незавершенного производства лесохимической, целлюлознобумажной и гидролизной промышленности.
1.1.1 Лигнин отход спиртовой и дрожжевой промышленности. Образование, состав и строение лигнина.

1.1.2 Использование лигнина в хозяйственной практике.

1.2 Лигнинсодержащие отходы переработки растительной

биомассы как продукты технического назначения

1.2.1 Кедровый орех как представитель растительной биомассы сибирского региона.

1.2.2 Органические шламы гидролизных производств.

1.2.3 Неорганические шламы гидролизных производств.

1.2.4 Отстойные смолы пиролиза растительного сырья.
1.3 Отечественный и зарубежный опыт применения промышленных отходов в производстве органоминеральных композиций
1.4 Теоретическое обоснование выбора объектов и научного направления исследования.
Глава 2. Характеристика объектов и методов исследования
2.1 Объекты исследования.
2.1.1 Технические гидролизные лигнины и древесное сырье
2.1.2 Лигнинсодержащие вторичные ресурсы гидролизной и лесохимической отрасли.
2.1.3 Сырьевые материалы для приготовления композиционных вяжущих и органоминеральных смесей.
2.2 Получение композиционных материалов
2.3 Методы анализа и испытаний материалов
2.4 Физикохимические методы исследования
2.4.1 Комплексный термический анализ.
2.4.2 ПК спектроскопический анализ.
2.4.3 Рентгеноструктурный анализ.
2.4.4 Хроматомассспектрометрия отстойных смол пиролиза.
2.4.5 Изучение процесса вымывания и выщелачивания фтора из угольной футеровки и материалов, полученных с ее использованием
2.4.6 Определения пористой структуры растительных полимеров
2.5 Математическая обработка результатов экспериментов.
Глава 3. Композиционные вяжущие для производства органоминеральных смесей на основе продуктов незавершенного производства гидролизной и лесохимической
промышленности
3.1 Модификация гидролизным лигнином органических вяжущих веществ.
3.2 Возможности использования скорлупы кедрового ореха в качестве модификатора нефтяного битума
3.2.1 Некоторые физикохимические характеристики скорлупы кедровых орехов и продуктов ее пиролиза.
3.2.2 Использование скорлупы кедровых орехов в качестве модификатора нефтяного битума.
3.3 Использование осадков, образующихся в аппаратах гидролизного производства, для приготовления композиционных вяжущих и органоминеральных смесей.
3.4 Использование отстойных смол пиролиза растительного
сырья для модификации свойств нефтяного битума.
3.5. Использование химически модифицированного лигнина в
композиционных материалах
Глава 4. Совместное использование продуктов незавершенного производства гидролизной и лесохимической промышленности с отходами других производств компонентами органоминеральных смесей.
4.1 Применение гидролизного лигнина, органического шлама карамели, скорлупы кедровых орехов в качестве ингредиентов органоминеральных смесей
4.2 Улучшение адгезионных свойств органического полимербитумного
вяжущего на основе дивинилстирольного термоэластопласта добавками отстойных смол пиролиза растительного сырья
4.3 Совместное использование неорганических шламов гидролизных производств, золуноса ТЭЦ и демонтированной угольной футеровки электролизеров в производстве органоминеральных
смесей.
Глава 5. Влияние вторичных материальных ресурсов и отходов промышленности на свойства органоминеральных смесей
5.1 Влияние отходов переработки растительной биомассы на эксплуатационные свойства композиционных материалов
5.2 Устойчивость к нагреванию композиционных вяжущих, модифицированных растительными полимерами
5.3 Исследование пористой структуры модификаторовотходов переработки растительной биомассы
5.4 Повышение биологического сопротивления асфальтобетона
5.5 Изучение взаимодействия компонентов асфальтового
вяжущего физикохимическими методами.
5.5.1 ИКспектроскопическое исследование.
5.5.2 Рентгенографическое исследование взаимодействия нефтяного битума и гидролизного лигнина при получении составленных вяжущих
5.5.3 Комплексный термический анализ.
Глава 6. Основы технологии применения гидролизного лигнина и других отходов растительных полимеров в производстве органоминеральных смесей.
6.1 Основы технологии применения гидролизного лигнина как ингредиента органоминеральной смеси
6.2 Основы технологии применения гидролизного лигнина как модификатора нефтяного битума.
6.3 Оценка экономической эффективности технологий использования вторичных продуктов гидролизных и лесохимических производств в дорожной отрасли
6.3.1. Пример расчета экономического эффекта организационнотехнических мероприятий по внедрению лигнина.
Выводы.
Список литературы


Значительные количества смолы в качестве отходов образуются при термической переработке растительного сырья. Эти смолы имеют стабильный химический состав, охарактеризованы и до настоящего времени в полном объеме не утилизируются. Талловый сульфатный пек получают при варке целлюлозы с обработкой щелочью в количестве около при переработке масла хвойных пород и до масла лиственных пород. Его рекомендуют с большими оговорками в качестве анионоактивной добавки пластифицирующей к вязким нефтяным битумам и гудрону 1. Прочность и долговечность асфальтобетонных покрытий в значительной степени зависит от качества минеральных порошков , , 2. Однако в связи с большими объемами дорожного строительства традиционные известняковые минеральные порошки являются дефицитными материалами. В этом плане интерес представляют работы Т. Ю. Химерик и Г. К. Сюньи , 3, выполненные в Киевском автомобильнодорожном институте, в которых установлена возможность применения гидролизного лигнина в качестве порошканаполнителя асфальтового бетона. Благодаря высокоразвитой пористой структуре лигнин хорошо соединяется с битумом и обеспечивает высокую адгезию к каменным материалам. По мнению авторов , при смешивании с вяжущим лигнин проявляет себя реакционноспособным высокомолекулярным поликонденсатом с некоторым запасом химической активности. Необходимая связь с битумом осуществляется за счт наличия в лигнине активных функциональных гидроксильных и метоксильных групп. Для проверки свойств лигнинового порошка в производственных условиях осуществлено строительство автодороги с мелкозернистым асфальтобетоном. Структурномеханические свойства асфальтобетона приведены в табл. Таблица 1. Смесь Объемная масса. К в водонасыщенном состоянии К. Наблюдения за состоянием дорожной одежды из асфальтобетона с лигнином показали, что она находится в хорошем состоянии. Поверхность ровная, без деформаций и разрушений. На основании сравнительных данных структурномеханических свойств мелкозернистого асфальтобетона с лигнином и таким же количеством известнякового порошка, а также после изучения биологической устойчивости лигнина установлено , что лигнин является долговечным материалом и по ряду показателей превосходит эталонный известняковый минеральный порошок. В качестве объяснения природы взаимодействия с лигнином Т. Ю.Химерик приводит следующее. Известно, что при действии хлора на лигнин идут процессы окисления достаточно интенсивно и в хлорлигнинах содержание ароматических карбоксильных групп повышено. За счт присутствия молекул хлора в гидролизном лигнине происходит образование активных пирокатехиновых структур в ортоположении ароматического ядра положение 6 и карбоксильных групп. Следовательно, по данным Т. Ю.Химерик позиция 6 ароматического ядра лигнина, активируемая находящейся тут же в параположении к нему метоксильной группой, является реакционноспособной, принимающей участие в образовании асфальтовяжущего. С помощью ЭПР и ИКспектроскопии установлено наличие в лигнине свободных радикалов и их участие в образовании асфальтового вяжущего битума и лигнина. Исследования, проведенные Т. Ю. Химерик и Г. К. Сюньи в Киевском автомобильнодорожном институте по подбору нового порошка наполнителя для асфальтобетона, предлагающие использовать для этой цели гидролизный лигнин, представляют научный и практический интерес. Однако далеко не все вопросы были изучены. Имеются сведения об использовании асфальтобетона с лигнином для устройства велосипедных и пешеходных дорожек. Российская Федерация располагает уникальными лесными запасами и благоприятными возможностями для развития лесопромышленного комплекса. На е долю приходится более покрытой лесом площади мира, мировых запасов древесины, в том числе хвойной табл. Таблица 1. Площадь лесов, млрд. Запасы древесины, млрд. Территориальное распределение российских лесов неравномерно европейская часть с основной массой населения и промышленных производств располагает всего V запасов V находятся в азиатской части России, преимущественно в Восточной Сибири табл. Таблица 1. Рисунок 1. Рисунок 1.