Радиационно-стимулируемая сухая перегонка целлюлозы

• Автор: Холодкова, Евгения Михайловна
• Шифр специальности: 02.00.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Глава 1. Термическая и радиационная стойкость целлюлозы: основные тренды высокотемпературной переработки (литературный обзор)
1.1. Общие сведения о целлюлозе
1.2. Термическая деструкция целлюлозы
1.3. Радиационно-химические превращения целлюлозы
1.4. Предпосылки, ориентиры и основные направления электронно-лучевой конверсии биомассы
1.5. Общие сведенья о фуранах
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Источник ионизирующего излучения
2.2. Дозиметрические измерения
2.3. Анализ продуктов
2.4. Оборудование и методики проведения облучения
2.5. Сухая перегонка и пост-радиационная сухая перегонка
2.6. Калибровка нагревателя
2.7. Зависимость показателя преломления от содержания воды
2.8. Реактивы и материалы
2.9. Статистическая обработка результатов
Глава 3. Перегонка целлюлозы
3.1. Сухая перегонка
3.2. Пост-радиационная перегонка
3.3. Электронно-лучевая конверсия
3.3.1. Влияние степени измельчения целлюлозы на выходы перегонки в режиме ЭЛП
3.3.2. Влияние исходной температуры
3.4. Перегонка при комбинированном нагреве
Глава 4. Основные закономерности и прикладные аспекты
4.1. Механизм цепных превращений целлюлозы
4.2. Моделирование электронно-лучевой конверсии
4.3. Основные направления практического применения
результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность темы
Возобновляемая растительная биомасса привлекает все больший интерес в связи с поиском новых видов химической продукции и задачей увеличить разнообразие сырьевых источников для уже существующих производств. Возможно, уже в текущем веке растительное сырье станет одним из основных ресурсов химической индустрии и топливной промышленности. Помимо вопроса об оптимальных методах производства биомассы, стоит вопрос о выборе наиболее перспективных способов её переработки. Превращение растительного сырья в привычные жидкие и/или газообразные органические продукты рассматривается как весьма актуальная задача, нацеленная на сырьевое обеспечение промышленных процессов органического синтеза.
В настоящее время опережающее развитие получают методы биопереработки и пиролиза растительного сырья, позволяющие вырабатывать генераторный газ, уголь, жидкое биотопливо различных видов и другие продукты. Однако эти методы, как правило, являются многостадийными, трудно-управляемыми, с большим количеством отходов. Наряду со ставшими уже традиционными термохимическими и биохимическими методами возрастает интерес к радиационно-химической конверсии. Этот вариант деструкции зачастую предпочтительнее, чем реагентное или пиролитическое разложение, ввиду более высокой экологической безопасности проведения процесса, более простых способов управления распределением энергии, упрощения последующей переработки или разделения продуктов, а также возможности комплексного улучшения свойств компонентов при сокращении числа стадий. Основная научная задача состоит в выяснении и развитии принципов управления радиационнохимическими процессами.
Среди компонентов биомассы наибольшее внимание привлекает целлюлоза - линейный полимер, в молекуле которого чередуются глюкозные

звенья: [СбН702(0Н)3]п. Целлюлоза выполняет функцию важнейшего
структурного компонента растительной биомассы. Задача радиационнохимического преобразования целлюлозы в жидкие и газообразные органические соединения ранее не исследовалась. К настоящему времени, установлены механизм радиолиза целлюлозы и количественные соотношения возникающих твердых и газообразных продуктов, а также определены пути ускоренного снижения степени полимеризации целлюлозы при комбинированной обработке ионизирующим излучением и умеренным нагревом.
Исходя из вышеизложенного, изучение процессов радиационнохимической фрагментации целлюлозы и поиск путей её прямой конверсии в низкомолекулярные жидкие и газообразные органические продукты является актуальным и представляет несомненный научный интерес. Ключевая роль принадлежит исследованию комбинации радиационных превращений с эффектами, обусловленными спецификой электронного излучения, температурой облучаемой среды, массообменом в реакционной зоне, влияющими на стабильность компонентов и возможность их извлечения из зоны облучения.
Цель работы
Целью данной работы являлось определение основных конкурентных направлений электронно-лучевого преобразования целлюлозы и выявление доминирующих процессов, обусловливающих возможность извлечения жидких органических продуктов, представляющих прикладной интерес.
В соответствии с этим, в работе решались следующие основные задачи
- разработка лабораторного оборудования для высокотемпературного радиолиза целлюлозы;
- исследование деструкции целлюлозы при различной комбинации облучения и нагрева в зависимости от типа целлюлозы;

разложения сахаров. Спектр применения: производство полимеров,
фармацевтическая и пищевая промышленность, получение добавок к моторным топливам, тонкий органический синтез.
Метилфурфурол (5-метил-2-фуральдегид) - желтоватое масло с запахом, напоминающим фурфурол, при стоянии быстро темнеет и через некоторое время становится совсем черным.
Фурфурол (2-фуральдегид) - бесцветная жидкость, быстро темнеющая при доступе воздуха, с довольно приятным запахом, отчасти похожим на запах свежего ржаного хлеба. Фурфурол вызывает наибольший интерес как исходный продукт для промышленного органического синтеза [100] в том числе и других производных фурана. Единственный вид сырья, служащий для производства фурановых смол, фурилового спирта и различных фурановых соединений. Также фурфурол может быть использован для получения твердых смол по реакции с фенолом и другими веществами.
Основным сырьем для получения фурфурола на данный момент являются растительные материалы, содержащие в значительных количествах пентозаны. Пентозаны — это высокомолекулярные коллоидальные полисахариды, отвечающие формуле (СзНвОД и являющиеся продуктами естественной полимеризации пятиатомных моносахаридов (пентоз) С5НЮО5. Они встречаются во всех растениях и являются наиболее распространенным компонентом гемицеллюлозной части растения. Гемицеллюлозами называют структурированную смесь сложных сахаров, сопровождающих целлюлозу, но гидролизующихся легче, чем она. Пентозаны находятся главным образом в стручках и скорлупе растений. В зависимости от возраста и условий произрастания содержание пентозанов колеблется. Чем старше растение, тем больше в нем пентозанов.
Первый патент на производство фурфурола, метилового спирта, уксусной и муравьиной кислот методом воздействия на опилки серной кислотой при температуре 150°С заявлен в 1911 г [101]. В его основе лежат две последовательно протекающие реакции: