Delignification of wheat straw with potassium hydroxide solutions using potassium black liquor as an organomineral fertilizer
Authors: Вураско А.В. , Шерстобитов А.Л. , Агеев М.А. , Сиваков В.П. 
Published: April 2023

При производстве целлюлозы натронным способом из недревесного сырья небольшие предприятия не могут утилизировать черные щелока, так как наличие отдела регенерации экономически оправдано только для крупных целлюлозно-бумажных комбинатов. Эффективно утилизировать отработанные варочные растворы можно при переходе на варку с растворами КОН взамен NaOH и черные щелока использовать как органоминеральное удобрение. Цель исследования - получение целлюлозы из соломы пшеницы с растворами гидроксида калия при различных условиях варки и оценка возможности использования отработанных варочных растворов в качестве органоминерального удобрения. Варки проводили при условиях: гидромодуль 8:1; расход щелочи в ед. К2О и Na2O 10-16% от абсолютно сухого сырья; подъем температуры 60 мин.; варка при температуре 160 С 60 мин. При варке с растворами КОН проводили и изучали стадию пропитки. Из отработанного черного щелока от варки соломы пшеницы с расходом 14% готовили растворы для полива с заданными концентрациями. Дополнительная пропитка дает возможность получить калийную целлюлозу, сопоставимую с натронной по массовой доле лигнина и с меньшей зольностью. Показано, чем выше начальная концентрация варочного раствора при пропитке, тем выше скачок температуры и выше температура при дальнейшей пропитке. Снижение температуры пропитки на 5 С приводит к снижению температуры разогрева суспензии на 0,4-2,3 С, сокращению продолжительности разогрева в 3 раза и ускорению охлаждения системы в среднем в 5 раз. Продолжительность пропитки не более 60 мин. Выявлено, что растворы КОН способствуют лучшему удалению SiO2 из растительного сырья, чем растворы NaOH в заданных условиях варки. Установлено, что отработанный варочный раствор пригоден в качестве органоминерального удобрения с концентрацией 2,8·10-5 г взвешенных веществ в 1 л.

In the production of cellulose by the natron method from non-wood raw materials small enterprises cannot dispose of black liquor. It is possible to effectively dispose of used cooking solutions in the transition to cooking with KOH solutions instead of NaOH and black liquor to use as an organomineral fertilizer. The goal of the study was to obtain cellulose from wheat straw with potassium hydroxide solutions under various cooking conditions and to evaluate the possibility of using spent cooking solutions as an organomineral fertilizer. Cooking was carried out under the conditions: hydromodule 8:1; consumption of alkali in units. K2O and Na2O - 10-16% of absolutely dry raw materials; temperature rise 60 min; cooking at 160 C - 60 min. When cooking with KOH solutions, the impregnation stage was carried out and studied. Solutions for irrigation with specified concentrations were prepared from the spent black liquor from cooking wheat straw with a consumption of 14%. Additional impregnation makes it possible to obtain potassium cellulose comparable to sodium in terms of the mass fraction of lignin and with a lower ash content. A decrease in the impregnation temperature by 5 C leads to a decrease in the heating temperature of the suspension by 0.4-2.3 C, a reduction in the heating time by 3 times and an acceleration of cooling of the system by an average of 5 times. It was found that KOH solutions promote better removal of SiO2 from plant raw materials than NaOH solutions under the specified cooking conditions. It was found that the used cooking solution is suitable as an organomineral fertilizer with a concentration of 2.8·10-5 g of suspended solids per liter.