Сульфоалкилирование лигноуглеводных материалов

• Автор: Ананьина, Ирина Викторовна
• Шифр специальности: 05.21.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 127 с. : ил.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. СУЛЬФОАЛКИЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
1.1. Особенности древесины как субстрата в химических превращениях
1.2. Сульфоалкилирующие реагенты
1.2.1. Сулъфометилирующие реагенты
1.2.2. Сульфоэтширующие реагенты
1.2.3. Сулъфоэтоксиэтилирующийреагент
1.2.4. Сулътоны
1.2.5. Выбор сульфоалкилирующего реагента и его реакционная способность в реакциях нуклеофшьного замещения
1.3. СУЛЬФОАЛКИЛИРОВАНИЕ СПИРТОВ
1.3.1. Сульфоалкилирование алифатических спиртов
1.3.2. Сульфоалкилирование фенолов
1.4. Сульфоалкилирование целлюлозы
1.4.1. Сулъфометилирование целлюлозы
1.4.2. Сульфоэтилирование целлюлозы
1.4.3. Взаимодействие сультонов с целлюлозой
1.4.4. Применение сульфоалкиловых эфиров целлюлозы
1.5. Сульфоалкилирование гемицеллюлоз
1.6. Сульфоалкилирование других полисахаридов
1.7. Сульфоалкилирование лигнина
2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ. СУЛЬФОАЛКИЛИРОВАНИЕ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.1. Сульфоалкилирование в суспензионной среде
2.2. Сульфоалкилирование в твердой фазе
2.3. ИК-спектроскопическое ИССЛЕДОВАНИЕ сульфоалкилированных ЛУМ
2.4. Исследование реологических свойств умеренно концентрированных растворов сульфоэтилировАННОЙ древесины
2.5. Исследование сорбционных свойств
3. ТЕХНОЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ НОВЫХ СПОСОБОВ ХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ ЛУМ
3.1. Сырье и основные материалы
3.2. Энергетические средства
3.3. Амортизационные отчисления
3.4. Заработная плата
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
4.1. Анализ исходного сырья
4.2. Сульфоалкилирование в суспензионной среде
4.2.1. Сулъфометилирование древесины
4.2.2. Сульфоэтилирование древесины
4.2.3. Сульфоэтоксиэтилирование древесины
4.2.4. Методика выделения сульфоалкшированной древесины
4.3. Твердофазное сульфоалкилирование
4.3.1. Установка для механохимического синтеза
4.3.2. Сулъфометилирование костры льна
4.3.3. Сульфоэтилирование костры льна
4.3.4. Сульфоэтоксиэтилирование древесины березы
4.3.5. Методика выделения сулъфоалкилированного ЛУМ
4.4. Анализ полученных продуктов
4.4.1. Определение серы
4.4.2. Определение содержания хлорида натрия
4.4.3. Определение растворимости
4.4.4. Определение относительной вязкости
4.4.5. Методика снятия ИК-спектров
4.5. Гранулометрический анализ
4.6. Проведение реологических исследований
4.7. Исследование сорбционных свойств
4.7.1. Методика определения ионов Си(П) комплексонометрическим титрованием
4.7.2. Методика определения ионов Сг(Ш) комплексонометрическим титрованием!
4.7.3. Методика определения сорбции ионов Си(П) ЛУМ
4.7.4. Методика определения сорбции Сг(Ш) ЛУМ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Проблема химической переработки лигноуглеводных материалов (ЛУМ) без разделения их на компоненты представляет собой наиболее перспективное направление в химии растительного сырья. Научные исследования в этом направлении ведутся как в целях более глубокого познания химической организации растительной ткани, так и с целью получения материалов, которые обладают ценными потребительскими свойствами. Еще одной практически важной задачей такого типа исследований является создание предпосылок к вовлечению в сферу материального производства значительных количеств ежегодно возобновляемого органического сырья.
Несмотря на то, что древесина как химическое сырье уступает по стоимости нефти, газу и каменному углю, однако на сегодня, по мнению многих исследователей [1], одним из главных факторов, определяющих экономичность и целесообразность химической переработки древесины, является «полнота ее использования» [2]. И это действительно так, поскольку комплексность использования древесины предполагает, прежде всего, квалифицированное использование отходов лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий.
Другим потенциальным источником органического сырья растительного происхождения являются отходы сельскохозяйственного производства в виде подсолнечной лузги, соломы, костры льна, отходов от переработки злаковых культур и др., среди которых костре льна следует отвести особое место. Костра льна - это крупнотоннажный отход производства льна на Алтае, в Новосибирской и Томской областях.
Целью настоящей работы являлись исследования процессов и продуктов химической модификации лигноуглеводных материалов в реакции сульфоалкилирования и получение исходных данных для принципиально новой безотходной технологии получения из растительного сырья нового класса химических высокоэффективных, экологически чистых реагентов на

реакции является сольватация гидроксильных групп ионами гидроксила, приводящая к набуханию полисахарида. При воздействии щелочных растворов на полисахариды при повышенной температуре происходит большое число превращений. Наиболее важные из них: растворение недеградированных полисахаридов; деполимеризация с редуцирующего конца (пилинг), продолжающаяся до образования щелочеустойчивых концевых групп; щелочной гидролиз гликозидных связей и отщепление концевых групп; деградация и дальнейший распад растворенных полисахаридов, гидролизованных фрагментов и моносахаридов, полученных в результате пилинга. Из этих реакций к потере полисахаридов и уменьшению длины цепей целлюлозы приводят главным образом реакции пилинга и гидролиза.
Таким образом, при щелочных варках уже на начальных стадиях при подъеме температуры происходит деацетилирование гемицеллюлоз. В щелочной раствор переходят фракции ксиланов с высоким содержанием глюкоуроновой кислоты, которая повышает их растворимость. При достижении 80-100 °С начинают интенсивно протекать процессы деполимеризации полисахаридов. В большей степени деструктурируются и растворяются глюкоманнаны, которые более доступны, чем целлюлоза, и имеют меньшую молекулярную массу; ксиланы более устойчивы.
При действии на целлюлозу концентрированных растворов щелочей происходит ряд изменений, которые можно подразделить на три типа: структурные, физико-химические и химические.
Структурные изменения приводят к изменению кристаллической структуры целлюлозы. При действии концентрированного раствора гидроксида натрия при комнатной температуре природная целлюлоза превращается в щелочную целлюлозу с новой кристаллической решеткой Па-целлюлозы. Изменение кристаллической решетки из-за включения в нее гидроксид-ионов и воды сопровождается увеличением объема элементарной ячейки, изменением ее формы и переориентацией плоскостей