Деструкция лиственной сульфатной целлюлозы кислотами Льюиса

• Автор: Фролова, Светлана Валерьевна
• Шифр специальности: 05.21.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Сыктывкар
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ (обзор литературы)
1.1 Общая характеристика целлюлозы
1.2 Молекулярное строение целлюлозы
1.3 Надмолекулярная структура целлюлозы
1.4 Деструкция целлюлозы
1.5 Структурные особенности микрокристаллической и порошковой целлюлозы
1.6 Получение и применение порошковой целлюлозы
1.7 Теория кислот и оснований Льюиса
1.8 Деструкция целлюлозы кислотами Льюиса
1.9 Области применения порошковых целлюлоз, полученных деструкцией хлопковой целлюлозы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ЛИТЕРАТУРНОМУ ОБЗОРУ
2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Исходное сырье и объекты исследования
2.2 Подготовка сырья для анализа
2.3 Получение микрокристаллической целлюлозы
2.4 Получение порошковой целлюлозы
2.5 Подготовка и очистка химических реагентов
2.6 Определение белизны целлюлозы
2.7 Определение степени полимеризации целлюлозы
2.8 Определение карбонильных групп
2.9 Определение карбоксильных групп
2.10 Определение удельной поверхности целлюлозы
2.11 Определение электроповерхностных свойств целлюлозы
2.12 Определение содержания Ті4ь в образцах
2.13 Рентгенографические исследования
2.14 ИК Фурье спектроскопия
2.15 Определение влажности целлюлозы
2.16 Термогравиметрический анализ целлюлозы
2.17 Определение размеров частиц порошковой целлюлозы
2.18 Определение зольности целлюлозы
2.19 Определение насыпной плотности
2.20 Определение плотности полимерной матрицы
2.21 Получение сульфат-производных порошковой целлюлозы
2.22 Ферментативный гидролиз порошковой целлюлозы
2.23 Регенерация растворителей
3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1 Деструкция сульфатной целлюлозы кислотами Льюиса
3.1.1 Влияние вида кислоты Льюиса на глубину деструкции целлюлозы
3.1.2 Влияние соотношения «МХ„: целлюлоза» на СП целлюлозы
3.1.3 Влияние температуры на глубину деструкции целлюлозы
3.2 Физико-химические свойства порошковых целлюлоз
3.2.1 Физические характеристики
3.2.2 Влияние условий обработки на белизну целлюлозы
3.2.3 Функциональный состав порошковых целлюлоз
3.2.4 Электроповерхностные свойства целлюлозы
3.2.5 Содержание П4+в образцах ГИД
3.2.6 Анализ удельной поверхности порошковой целлюлозы
3.2.7 Исследование структуры ПЦ методом рентгенографии
3.2.8 Предполагаемый механизм внедрения кислот Льюиса в кристаллиты целлюлозы
3.2.9 Анализ ПК спектров целлюлозы
3.2.10 Термический анализ целлюлозы
3.3 Кинетика деструкции целлюлозы ПСЦ в гексане
3.3.1 Расчет эффективной энергии активации реакции деструкции
3.3.2 Определение порядка реакции по концентрации ТЮЦ в гексане
3.4 Оценка биоразлагаемости порошковых целлюлоз
3.5 Получение сульфатированных производных ПЦ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. В настоящее время приоритетное направление современной науки и техники связано с нанотехнологиями. Одним из на-ноструктурированных природных материалов является микроцеллюлоза, получаемая путем физико-химических, химических или механических воздействий на природные волокна, из которых удается сформировать гелеобразные дисперсные системы с частицами размером 40-400 нм.
Важнейшим этапом получения микрочастиц является превращение волокон целлюлозы в порошок. Для этого применяют различные методы деструкции целлюлозы, чаще гидролитические и окислительно-гидролитические. Эти методы имеют существенные недостатки, сопряженные, в частности, с необходимостью глубокой очистки сточных вод. Перспективными реагентами для деструкции целлюлозы являются кислоты Льюиса. Некоторые из них ранее были использованы при обработке хлопковой целлюлозы, однако к настоящему времени неизвестны аналогичные работы, выполненные на древесном сырье. Поскольку его стоимость на порядок ниже, чем хлопкового, исследование физико-химических закономерностей деструкции древесной целлюлозы под действием кислот Льюиса представляется актуальным как с научной, так и с прикладной стороны.
Работа выполнена в соответствии с планами ПИР Института химии Коми НЦ УрО РАН по теме: «Структурная организация и физико-химические свойства природных полисахаридов и лигнина - перспективных биополимеров для создания новых материалов растительного происхождения» (№ ГР 0120.0 604258); Проектов фундаментальных исследований, выполняемых по Программам Президиума РАН «Моделирование и структурно-химическая модификация полимеров и олигомеров растительного происхождения. Создание гибридных композиционных материалов на основе полиэфиров и суб-микро- и нанодисперсных компонентов», «Изучение физико-химических особенностей синтеза новых производных целлюлозы и исследование свойств получаемых материалов».

2.5 Подготовка и очистка химических реагентов
Хлорид алюминия (А1СЬ). В трехгорлую колбу из термостойкого стекла помещали слой стеклянной ваты и остальную часть колбы заполняли алюминиевыми стружками. На газовой горелке колбу нагревали до температуры 10(Н-200° С и пускали ток сухого хлора через газопроводящую фарфоровую трубку. Реакция сопровождалась сильным раскаливанием алюминия. Возгоняющийся А1С1з поступал в колбу-приемник, снабженную отводом с хлор-кальциевой трубкой. Препарат получали в виде светло-желтой массы, которую сразу переносили в подготовленные для запаивания сухие горячие ампулы. Хранили А1С1з в запаянных ампулах. Промышленный препарат хлорида алюминия перед использованием очищали методом возгонки при атмосферном давлении по изьестной методике [109].
Тетрахлорид титана (ПСП). Коммерческий ПС14 квалификации «ч», очищали простой перегонкой в круглодонной колбе, снабженной термометром и совмещенной с воздушным холодильником, нагревая в колбонагревате-ле (Ткип = 136 °С) [109]. Перегнанный препарат представлял бесцветную или слегка желтоватую жидкость, чрезвычайно гигроскопичную и дымящую на воздухе. Его хранили в бутылке из темного стекла, закрытой полиэтиленовой пробкой. При длительном хранении препарат темнел. Для работы использовали свежеприготовленный препарат.
В качестве органических растворителей использовали: тетрахлорметан (СОД, гексан (С6Н14), этанол (С21Т011) и ацетон (СН3СОСН3). Подготовку и осушку растворителей проводили в атмосфере сухого аргона [110, 111].
Тетрахлорметан. Предварительно перегнанный и очищенный над хлористым кальцием препарат выдерживали двое суток над фосфорным ангидридом, а затем перегоняли над ним. Ткип = 76,8 °С.
Гексан. Предварительно выдержанный над оксидом кальция растворитель кипятили с металлическим натрием до полной осушки, в качестве индикатора которой использовали бензофенон, до образования им голубой окраски. Осушенный гексан перегоняли. Ткип= 68,6 °С.