Гидролиз целлюлозы с использованием газовоздушных смесей хлористого водорода | Cellulose Hydrolysis Using Hydrogen Chloride Gas-Air Mixtures

Гидролиз целлюлозы с использованием газовоздушных смесей хлористого водорода | Cellulose Hydrolysis Using Hydrogen Chloride Gas-Air Mixtures

2022

С.Д. Пименов | Г.В. Мзоков | А.И. Сизов

Russian. Аннотация. Микрокристаллическая целлюлоза – распространенный продукт, используемый в фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Получают микрокристаллическую целлюлозу жидкофазным гидролизом хлопковой или древесной беленой целлюлозы разбавленными 0,5…10,0 %-ми минеральными кислотами при температуре 100…140 ○С. Данный процесс требует значительного расхода кислоты, воды и тепловой энергии. Процесс производства микрокристаллической целлюлозы в целом весьма затратный, что определяет ее высокую стоимость и необходимость поиска альтернативных методов гидролиза целлюлозы. Предложено проводить гидролиз целлюлозы концентрированной хлористоводородной кислотой, образующейся при абсорбции хлористого водорода. Исследованы процессы адсорбции хлористого водорода древесной беленой целлюлозой влажностью 8…18 %. Показано, что адсорбция хлористого водорода определяется влажностью целлюлозы и составляет 3…5 % от массы сухой целлюлозы. Сорбция хлористого водорода приводит к образованию во влаге сырья соляной кислоты концентрацией 25…40 %, значительному разогреву массы и быстрому гидролизу аморфной фракции целлюлозы. Выявлено, что применение чистого хлористого водорода обуславливает сильное потемнение и гумификацию целлюлозы. Рекомендуем использование газовоздушных смесей хлористого водорода для насыщения целлюлозы, что значительно снизит температуру сорбции и исключит сильное потемнение целлюлозы в процессе гидролиза. Адсорбция хлористого водорода целлюлозой протекает с очень высокой скоростью и сопровождается образованием хорошо видимого фронта сорбции температурой 45…60 °C. Гидролиз происходит в течение 15…30 мин при 40…60 °C до полного разложения аморфной фракции целлюлозы. Образуется очень небольшое количество моносахаридов (4 % сухой целлюлозы). Выход микрокристаллической целлюлозы высокий – более 95 %. Последние два факта, вероятно, объясняются характерной для гидролиза концентрированными кислотами рекристаллизацией части аморфных фрагментов макромолекул целлюлозы. Полученный продукт по данным ИК -спектроскопии, рентгеновской дифракции и вискозиметрии идентичен коммерческим образцам микрокристаллической целлюлозы известных фирм. Показана высокая эффективность процесса гидролиза целлюлозы газовоздушными смесями хлористого водорода в сравнении с традиционными способами получения микрокристаллической целлюлозы.

Show more [+]

Less [-]

English. Abstract. Microcrystalline cellulose (MCC) is a common product used in pharmaceutical, food and other industries. MCC is obtained by liquid-phase hydrolysis of cotton or wood bleached pulp with diluted 0.5–10.0 % mineral acids at a temperature of 100–140 °C. This process requires significant consumption of acid, water, and heat energy. Production of MCC in general is very expensive, which determines its high cost and the need to find alternative methods of cellulose hydrolysis. It is proposed to hydrolyze cellulose with concentrated hydrochloric acid produced by absorption of hydrogen chloride. We studied the processes of hydrogen chloride adsorption by bleached wood pulp with 8–18 % humidity. It is shown that adsorption of hydrogen chloride is determined by pulp humidity and is 3–5 % of the dry pulp mass. The sorption of hydrogen chloride leads to the formation of hydrochloric acid with a concentration of 25–40 % in the raw material moisture, significant heating of the mass and rapid hydrolysis of the amorphous cellulose fraction. It has been found that the use of pure hydrogen chloride for saturation causes strong darkening and humification of pulp. We recommend the use of hydrogen chloride gas-air mixtures to saturate the pulp, which will significantly reduce the sorption temperature and eliminate the strong darkening of the pulp during hydrolysis. The adsorption of hydrogen chloride by cellulose proceeds at an extremely high rate and is accompanied by the formation of a clearly visible sorption front at a temperature of 45–60 °C. Hydrolysis occurs for 15–30 min at 40–60 °C until the amorphous cellulose fraction is completely decomposed. A very small amount of monosaccharides is formed (4 % of dry pulp). The yield of MCC is high, more than 95 %. These circumstances are probably related to the recrystallization of a part of the amorphous fragments of cellulose macromolecules, which is a characteristic of hydrolysis with concentrated acids. The product obtained by cellulose hydrolysis is identical to MCC according to the data of IR spectroscopy, X-ray diffraction and viscometry. The article shows the high efficiency of cellulose hydrolysis with hydrogen chloride gas-air mixtures compared to traditional methods of MCC production.

Show more [+]

Less [-]

Bibliographic information

Lesnoy Zhurnal

Issue

3

Pagination

191

- 202

ISSN

0536-1036

Publisher

Northern (Arctic) Federal University

Other Subjects

Microcrystalline cellulose hydrolysis; Степень полимеризации; Микрокристаллическая целлюлоза; Хлористый водород; Адсорбция хлористого водорода целлюлозой; Hydrogen chloride; Degree of polymerization; Гидролиз микрокристаллической целлюлозы; Газовоздушные смеси; Hydrogen chloride adsorption by cellulose; Gas-air mixtures; Microcrystalline cellulose