Делигнификация хвойной сульфатной целлюлозы пероксидом водорода

• Автор: Щербакова, Татьяна Петровна
• Шифр специальности: 05.21.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Сыктывкар
• Количество страниц: 122 с. : ил.

1. Химия и технология отбелки целлюлозы (литобзор)
1.1. Структура лигнина
1.2. Окисление модельных соединений лигнина пероксидом водорода и кислородом
1.3. Окисление лигнина диоксидом хлора
1.4. Комбинированное окислительное воздействие на лигнин сульфатной целлюлозы
1.5. Активация лигнина к окислению кислородом и пероксидом водорода
1.6. Кинетические методы оценки реакционной способности остаточного лигнина
2. Методическая часть
2.1. Характеристика объекта исследования
2.2. Определение содержания лигнина фотометрическимм методом
2.3. Определение жесткости целлюлозы по перманганатному числу
2.4. Метод числа Каппа
2.5. Определение концентрации окислительных реагентов
2.6. Определение концентрации пероксида водорода
2.7. Определение концентрации пероксида водорода по плотности растворов
2.8. Приготовление кадоксена
2.9. Определение вязкости и степени полимеризации целлюлозы
3. Экспериментальная часть
3.1. Сравнение глубины делигнификации хвойной сульфатной целлюлозы по ионному и радикальному механизмам
3.2. Сравнение процессов делигнификации хвойной и лиственной сульфатных целлюлоз
3.3. Кинетика процесса делигнификации хвойной сульфатной целлюлозы по уравнению первого порядка
3.4. Полихронная кинетика процесса делигнификации хвойной сульфатной целлюлозы
3.5. Кинетика окислительной делигнификации хвойной сульфатной целлюлозы в условиях отбелки
3.6. Активация остаточного лигнина сульфатной целлюлозы
3.7. Отбелка хвойной сульфатной целлюлозы по схем СЮ2-Н2О2
4. Выводы
5. Литература

Актуальность темы исследования. Исследование физикохимических основ технологических процессов целлюлозно-бумажного производства - непременное условие технического прогресса и основа для совершенствования существующих и разработки новых экологически безопасных технологий. В области отбелки целлюлозы первоочередной задачей является разработка ЕСР-технологий, свободных от использования молекулярного хлора. В основе этих технологий лежит применение диоксида хлора и пероксиреагентов, среди которых наиболее перспективным и доступным является пероксид водорода. Отбелка сульфатной целлюлозы диоксидом хлора протекает весьма успешно, ее механизм и особенности реакций диоксида хлора с остаточным лигнином хорошо изучены. Менее изученным отбельным реагентом представляется пероксид водорода, использование которого в настоящее время расширяется, а научный и технический поиск ведется преимущественно в направлении повышения избирательности делигнифицирующего действия за счет торможения реакций его разложения по радикальному механизму (добавками хелатирующих реагентов и др.), сопровождающих процессы отбелки волокнистых полуфабрикатов, в т. ч. сульфатной целлюлозы.
С появлением новых подходов к организации процессов комбинированной отбелки, разработкой концепций активации и
комплементарности стадий отбелки реагентами различной природы, разработкой методов делигнификации сульфатной целллюлозы
гидропероксид-анионами, применением для анализа процессов
делигнификации древесины и сульфатной целлюлозы теории полихронной кинетики, учитывающей роль процессов, протекающих внутри реакционного объема полимерной лигноцеллюлозной матрицы и более полно отвечающей современным взглядам на фрактальную природу неоднородной структурной организации лигнина,
исследования процессов делигнификации сульфатной целлюлозы с
использованием пероксида водорода и пероксиреагентов приобретают новый импульс к развитию. В последние годы метод полихронной кинетики был успешно впервые применен для анализа процессов делигнификации пероксидом водорода лиственной сульфатной целлюлозы. Представляет особый интерес изучение кинетики делигнификации сульфатной целлюлозы из хвойной древесины, как наиболее ценного и массового вида волокнистых полуфабрикатов, при отбелке которого по ЕСР-технологиям встречаются наибольшие затруднения, связанные с низкой реакционной способностью пероксиреагентов по отношению к остаточному лигнину. На основании изложенного выше тема исследования представляется весьма актуальной. Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Института химии Коми НЦ УрО РАН по теме «Исследование окислительно-восстановительных превращений компонентов древесины при отбелке и получении биологически активных моно- и олигомерных продуктов» (№ ГР 01.960.010007).
Цель работы. Изучение кинетики делигнификации хвойной сульфатной целлюлозы пероксидом водорода.
В соответствии с поставленной целью в данной работе были определены следующие задачи исследования:
- исследовать кинетику процесса делигнификации хвойной сульфатной целлюлозы при окислении остаточного лигнина пероксидом водорода по ионному (гидропероксид-анионами в присутствии стабилизатора) и радикальному (без стабилизатора) механизмам;
провести сравнительную оценку кинетических параметров процессов делигнификации сульфатной целлюлозы из хвойных и лиственных пород древесины;
провести сравнение кинетических моделей процесса окислительной делигнификации хвойной сульфатной целлюлозы: первого порядка и полихронной;

ходе щелочи равном 4% и расходе пероксида водорода - 3% от целлюлозы (рН>12). По результатам этой работы (работы ВНИИБа [145]) были воспроизведены условия делигнификации сульфатной целлюлозы, протекающей по свободно-радикальному механизму.
3.1. Сравнение глубины делигнификации хвойной сульфатной целлюлозы при отбелке пероксидом водорода по ионному и радикальному механизмам
В данном разделе проведено сравнение результатов обработок небеленой сульфатной целлюлозы жесткостью 103 перманганатные единицы (по Бьеркману) пероксидом водорода при рН> 12 и рН~10 Целлюлоза была отобрана на хвойном потоке ОАО «Нойзидлер Сыктывкар».
Общие условия обработки целлюлозы: расход пероксида водорода 3% (от целлюлозы), концентрация в начале процесса 88,2 моль/л, концентрация массы 10%, температура 100°С. Для создания величины pH > 12 в целлюлозную массу подавали 4% гидроксида натрия, для поддержания pH около 10 и стабилизации пероксида водорода -1% гидроксида натрия и 5% силиката натрия в виде жидкого стекла (Ма28Ю3х9Н20).
Порядок операций. В колбу I помещали навеску небеленой хвойной сульфатной целлюлозы, добавляли расчетное количество подогретой воды, гидроксида натрия и пероксида водорода. Смесь в колбе энергично перемешивали и погружали в термостат, одновременно включая секундомер.
В колбу II помещали навеску небеленой хвойной сульфатной целлюлозы, добавляли расчетное количество воды, силиката натрия, гидроксида натрия, пероксида водорода. Смесь в колбе энергично перемешивали и погружали в термостат, одновременно включая секундомер. Через заданные промежутки времени (с интервалом 5, 10, 20-30 мин и более) отбирали небольшое количество суспензии, перено-