Спосіб отримання целюлози

Спосіб отримання целюлози, що включає варіння подрібненої рослинної сировини з пероксидом водню в присутності багатокомпонентного змішаного каталізатора, який відрізняє ться тим, що як багатокомпонентний каталізатор використовують суміш вольфрамату натрію, молібдату натрію та сірчаної кислоти при співвідношеннях мольних часток компонентів у суміші відповідно 0,33:0,33:0,33, та виконують відділення варильного розчину від твердого залишку з його повторним використанням. (19) (21) u200705657 (22) 22.05.2007 (24) 10.10.2007 (72) АНТОНЕНКО ЛЮДМИЛА ПЕТРІВН А, U A, ВАСИЛЬЧУК ОЛЬГА ВАСИЛІВНА, UA, КУЛИКОВСЬКА МАРІЯ ВІКТОРІВНА, UA, СІРОШТАН НАТАЛІЯ КОСТЯНТИНІВНА, U A (73) НАЦІОН АЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ", U A (56) 3 26866 отримання целюлози, що включає варіння подрібненої рослинної сировини з розчином пероксиду водню в присутності багатокомпонентного змішаного каталізатора, відповідно до винаходу, в якості багатокомпонентного каталізатора використовують суміш вольфрамату натрію, молібдату натрію та сірчаної кислоти при співвідношеннях мольних часток компонентів в суміші відповідно 0,33:0,33:0,33 та після закінчення пероксидного варіння відділенням варильного розчину від твердого залишку для повторного використання. Технічний ефект заключається в зменшенні витрат пероксиду водню та концентрації змішаного каталізатора на стадії варіння та використанні відпрацьованого щолоку в наступних варіннях. Запропонований спосіб отримання целюлози, що включає варіння подрібненої рослинної сировини з розчином пероксиду водню відрізняється від прототипу тим, що в якості багатокомпонентного змішаного каталізатора використовують суміш вольфрамату натрію, молібдату натрію та сірчаної кислоти при співвідношеннях мольних часток компонентів в суміші відповідно 0,33:0,33:0,33 та тим, що після закінчення пероксидного варіння варильний розчин відділяють від твердого залишку для повторного використання. При одночасній присутності в варильному розчині вольфрамату, молібдату та сірчаної кислоти, вони діють як один багатокомпонентний каталізатор. До складу каталізатора входять, також, іони Н+, які підвищують його активність. В зв’язку з цим, при використанні багатокомпонентного каталізатора проявляється більший ефект окислювальної делігніфікації, ніж при використанні еквівалентної кількості кожного з каталізаторів окремо. Крім того сірчана кислота стабілізує пероксид водню, що знижує його втрати в побічних реакціях розкладання на кисень і Воду. Спосіб, що заявляється, реалізують таким чином. Подрібнена рослинна сировина (тріски сосни, тополі та січка пшеничної соломи) піддається варінню з водним розчином пероксиду водню в присутності багатокомпонентного змішаного каталізатора - вольфрамату натрію, молібдату натрію та сірчаної кислоти, у співвідношенні відповідно 0,33:0,33:0,33, при температурі 85...95°С. Відпрацьований щолок відділяють від твердого залишку, а останній промивають водою для відокремлення продуктів окислення. Приклад 1. Солому /деревину тополі/ сосни (30г) у вигляді трісок обробляють у скляній колбі розчином пероксиду водню в присутності багатокомпонентного змішаного каталізатора при постійній температурі і атмосферному тиску. Умови оброблення: гідромодуль 7:1, початкова концентрація пероксиду водню 17,5%, температура 85...95°С, початкова концентрація каталізатора 0,07М, відсотковий склад компонентів (моль/л): сірчаної кислоти 0,33, вольфрамат натрію 0,33, молібдат натрію 0,33. В результаті варіння отримали 4 целюлозний напівфабрикат з виходом твердого залишку 60,0% - для соломи; 62,0% - для тополі; 51,0% - для сосни по відношенню до початкової деревини, з масовою часткою залишкового лігніну 3,6%; 2,0% ; 1,9% - відповідно. Частка витраченого пероксиду водню складає 44,6% - для соломи; 41,3% - для тополі і 54,3% - для сосни від його початкової кількості. Дані представлені в табл.1, 2, 3. Сірчана кислота ефективно стабілізує пероксидний розчин, але недостатньо активно каталізує делігніфікацію та викликає гідролітичну деструкцію вуглеводів, через що, отримана целюлоза має низький вихід з деревини та високий вміст залишкового лігніну. Усі варіння з каталізатором, що не містили сірчану кислоту, закінчились безрезультатно (делігніфікація не пройшла взагалі або пройшла з незначною глибиною) через повний розклад пероксиду водню до закінчення варіння. Таким чином, при варінні із змішаним каталізатором отримали позитивний ефект, що не досягався при варіннях з каталітичними добавками кожного з компонентів окремо. Приклад 2. 30г соломи /деревини тополі/ сосни у вигляді трісок обробляють у скляній колбі розчином пероксиду водню в присутності багатокомпонентного змішаного каталізатора при постійній температурі і атмосферному тиску. У початковий варильний розчин додаємо щолок у кількості 50% (при варінні соломи - 30%). Умови оброблення: гідромодуль 7:1, температура 85...95°С, початкова концентрація пероксиду водню 17,5%, початкова концентрація каталізатора 0,07М, відсотковий склад компонентів (моль/л): вольфрамат натрію 0,33, молібдат натрію 0,33, сірчаної кислоти 0,33. В результаті варіння отримали целюлозний напівфабрикат з виходом твердого залишку 57...64% по відношенню до початкової сировини, з масовою часткою залишкового лігніну 1,7...4,8%. Доля витраченого пероксиду водню складає не більше 55% від його початкової кількості. Дані представлені в Табл. 1, 2, 3. Показники якості целюлози із соло № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Назва показника О оптимальним ре (ГМ 7:1; конц. 17.5%; тривалі год; t= 85°С; ко 0.07 М) Вихід твердого залишку, % 60 Вміст залишкового лігніну, % від маси 3.6 абс. сух. деревини Розривна довжина, м 5280 Опір зламу при багаторазових 75 перегинах, ч. п. п. Опір продавлюванню, кПа 16 Опір роздиранню, мН 1400 Білість, % білого 50 5 26866 6 Таблиця 2 Показники якості целюлози з трісок тополі № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Назва показника Отримана целюлоза за: оптимальним режимом оптимальним режимом з (ГМ 7:1; конц. додаванням 50% Н2О217.5%; тривалість відпрацьованого щолоку 3.5 год; t= 85°С; конц.Kat 0.07 М) Вихід твердого залишку, % 62.0 63.3 Вміст залишкового лігніну, % від маси абс. 2.6 2.9 сух. деревини Розривна довжина, м 10850 11200 Опір зламу при багаторазових перегинах, 700 656 ч. п. п. Опір продавлюванню, кПа 46.0 45.0 Опір роздиранню, мН 510.0 355.0 Білість, % білого 53.7 50.0 Таблиця 3 Показники якості целюлози з трісок сосни № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Назва показника Отримана целюлоза за: оптимальним режимом оптимальним режимом з (ГМ 7:1; конц. Н2О217.5%; додаванням 50% тривалість 3.5 год; t= відпрацьованого щолоку 85°С; конц.Kat 0.07 М) Вихід твердого залишку, % 57,0 59,0 Вміст залишкового лігніну, % від маси абс. 3.9 4.8 сух. деревини Розривна довжина, м 10000 9050 Опір зламу при багаторазових перегинах, ч. 865 660 п. п. Опір продавлюванню, кПа 40,0 35,0 Опір роздиранню, мН 645 635 Білість, % білого 54,3 48,9 Як бачимо з Табл. 1, 2, 3 використання відпрацьованого щолоку має ряд наступних переваг перед відомими способами: - висока селективність процесу делігніфікації, можливість отримання глибоко провареної целюлози при високому виході її з рослинної сировини та зниженому вмісті залишкового лігніну; - зменшення витрат пероксиду водню та каталізатора за рахунок повторного використання щолоків.