AGRIS - 

2019

Вураско, Алеся Валерьевна | Минакова, Анастасия Рашитовна | Симонова, Елена Игоревна

The possibility of recovering the spent cooking solution with the replacement of the missing amount of lignifying reagents in the oxidative-organic solvent cooking of non-woody plant raw materials (rice husk) with preliminary alkaline treatment and the production of technical pulp with desired properties is shown. Analysis of scientific and patent information revealed that two methods of regeneration are used for regeneration of spent cooking solutions during oxidation-organosolve cooking: azeotropic distillation and return of part of the spent cooking solution for re-cooking with the completion of the missing amount of reagents. For the oxidation-organosolvent cooking non-wood plant materials the most promising is the second option. To avoid the preservation of mineral components in industrial pulp, non-wood plant materials are subjected to alkaline treatment. It has been established that to obtain technical pulp with recovery of the spent cooking solution, it is required two times less acetic acid and 1.7 times fresh water as compared to oxidation-organic solvent cooking under standard conditions with a constant amount of caustic soda. | Показана возможность рекуперации отработанного варочного раствора с восполнением недостающего количества делигнифицирующих реагентов при окислительно-органосольвентной варке недревесного растительного сырья (рисовой шелухи) с предварительной щелочной обработкой и получением технической целлюлозы с заданными свойствами. Анализ научно-патентной информации выявил, что для регенерации отработанных варочных растворов при окислительно-органосольвентных варках используют два способа регенерации: азеотропную перегонку и возврат части отработанного варочного раствора на повторную варку с восполнением недостающего количества реагентов. Для окислительно-органосольвентных варок недревесного растительного сырья наиболее перспективным является второй вариант. Во избежание сохранения минеральных компонентов в технической целлюлозе недревесное растительное сырье подвергают щелочной обработке. Для достижения цели решены следующие задачи: проведена щелочная обработка шелухи риса с получением волокнистого материала; проведена окислительно-органосольвентная варка волокнистого материала в стандартных условиях с получением технической целлюлозы как эталонного образца; отработанные варочные растворы укреплены свежей равновесной перуксусной кислотой до необходимого содержания варочных компонентов с учетом жидкостного модуля; с полученными варочными композициями проведены окислительно-органосольвентные варки волокнистого материала. Установлено, что для получения технической целлюлозы с рекуперацией отработанного варочного раствора требуется в два раза меньше уксусной кислоты и в 1.7 раза свежей воды по сравнению с окислительно-органосольвентной варкой в стандартных условиях при неизменном количестве едкого натра.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2018

Судакова

The known methods to obtain microcrystalline cellulose (MCC) from wood raw material is multi-stage and it is based on the integration of environmentally hazardous processes of pulping, bleaching and acid hydrolysis of cellulose amorphous part. The paper describes a one-stage catalytic method to obtain microcrystalline cellulose from pine wood based on peroxide delignification in acetic acid-water in the presence of a catalyst H2SO4. The optimal parameters of the process of pine wood peroxide delignification in the presence of 2% H2SO4 catalyst were determined by experimental and numerical methods: temperature – 100 °C, concentration H2O2 – 5 wt.%, CH3COOH – 25 wt.%, LWR 15, duration – 4 h. They provide a high yield of cellulose (45.2 wt.%) with a low content of residual lignin (1.0 wt%).The kinetic study of pine wood peroxide delignification at the temperature range 70-100 ºC was accomplished. The delignification process is described satisfactory by the first order equation in all temperature range. The rate constants vary between 0.08·10-4 and 2.15·10-4 s-1 and the activation energy is 90 kJmol-1. It was established by FTIR and XRD methods, that the cellulose, obtained from pine wood has the composition and structure similar to the commercial microcrystalline cellulose. | Известные методы получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) из древесного сырья является многостадийными и основаны на интеграции экологически не безопасных процессах варки, отбелки и кислотного гидролиза аморфной части целлюлозы. В работе представлено описание одностадийного каталитического метода получения микрокристаллической целлюлозы из древесины сосны, основанного на пероксидной делигнификации древесины в среде «уксусная кислота – вода» в присутствии катализатора H2SO4. Экспериментальными и расчетными методами определены оптимальные параметры процесса пероксидной делигнификации древесины сосны в присутствии катализатора 2% H2SO4, обеспечивающие высокий выход целлюлозы (45.2 мас.%) с низким содержанием остаточного лигнина (1.0 мас.%): температура – 100 °C, содержание Н2О2 – 5 мас.%, CH3COOH – 25 мас.%, ГМ 15, продолжительность – 4 ч. Изучена кинетика процесса каталитической пероксидной делигнификации древесины сосны в интервале температур 70–100 °С. Процесс делигнификации удовлетворительно описывается уравнением первого порядка в изученном интервале температур. Константы скорости варьируются от 0.08·10-4 до 2.15·10-4 с-1, энергия активации составляет 90 кДж/моль. Методами ИКС и РФА установлено, что полученная из древесины сосны целлюлоза имеет структуру, аналогичную структуре промышленной микрокристаллической целлюлозы.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2018

Судакова

The known methods to obtain microcrystalline cellulose (MCC) from wood raw material is multi-stage and it is based on the integration of environmentally hazardous processes of pulping, bleaching and acid hydrolysis of cellulose amorphous part. The paper describes a one-stage catalytic method to obtain microcrystalline cellulose from pine wood based on peroxide delignification in acetic acid-water in the presence of a catalyst H2SO4. The optimal parameters of the process of pine wood peroxide delignification in the presence of 2% H2SO4 catalyst were determined by experimental and numerical methods: temperature – 100 °C, concentration H2O2 – 5 wt.%, CH3COOH – 25 wt.%, LWR 15, duration – 4 h. They provide a high yield of cellulose (45.2 wt.%) with a low content of residual lignin (1.0 wt%).The kinetic study of pine wood peroxide delignification at the temperature range 70-100 ºC was accomplished. The delignification process is described satisfactory by the first order equation in all temperature range. The rate constants vary between 0.08·10-4 and 2.15·10-4 s-1 and the activation energy is 90 kJmol-1. It was established by FTIR and XRD methods, that the cellulose, obtained from pine wood has the composition and structure similar to the commercial microcrystalline cellulose. | Известные методы получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) из древесного сырья является многостадийными и основаны на интеграции экологически не безопасных процессах варки, отбелки и кислотного гидролиза аморфной части целлюлозы. В работе представлено описание одностадийного каталитического метода получения микрокристаллической целлюлозы из древесины сосны, основанного на пероксидной делигнификации древесины в среде «уксусная кислота – вода» в присутствии катализатора H2SO4. Экспериментальными и расчетными методами определены оптимальные параметры процесса пероксидной делигнификации древесины сосны в присутствии катализатора 2% H2SO4, обеспечивающие высокий выход целлюлозы (45.2 мас.%) с низким содержанием остаточного лигнина (1.0 мас.%): температура – 100 °C, содержание Н2О2 – 5 мас.%, CH3COOH – 25 мас.%, ГМ 15, продолжительность – 4 ч. Изучена кинетика процесса каталитической пероксидной делигнификации древесины сосны в интервале температур 70–100 °С. Процесс делигнификации удовлетворительно описывается уравнением первого порядка в изученном интервале температур. Константы скорости варьируются от 0.08·10-4 до 2.15·10-4 с-1, энергия активации составляет 90 кДж/моль. Методами ИКС и РФА установлено, что полученная из древесины сосны целлюлоза имеет структуру, аналогичную структуре промышленной микрокристаллической целлюлозы.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2018

Остапенко

The aim of the study is to evaluate the interaction of amphoteric polymer resins with cellulose fibers at the molecular level.The interaction of amphoteric polymer resins with cellulose fragments was determined by standard 1H NMR and 13C spectroscopy techniques.To study the interaction of amphoteric polymeric resins with cellulose at the molecular level, imitation modeling has been carried out in the work. The essence of the simulation is the replacement of cellulose fibers with substances that are close to the functional purpose of cellulose. Such substances include glucose, sucrose, starch and ethylene glycol, which dissolve in water. It is established that in the presence of a large amount of water in the APS – waste paper  system, intermolecular and interfluid hydrogen bonds are formed, and upon reaching a critical amount of water in the system, new covalent ether-type bonds are formed between the functional groups of the components as model systems and amphoteric polymeric systems resin - cellulose and this indicates the possibility of increasing the physical and mechanical properties of paper and paperboard from secondary raw materials.The results show that simulation simulation of structural and functional transformations in complex systems, including the cellulose-APS system, confirms the presence in them of processes that occur during the interaction of amphoteric polymeric resins with hydroxyl groups of cellulose fibers | Цель исследования заключается в оценке процесса взаимодействия амфотерных полимерных смол (АПС) с волокнами целлюлозы на молекулярном уровне.По стандартным методикам ЯМР 1Н и 13С-спектроскопии определено взаимодействие АПС с фрагментами  целлюлозы.С целью изучения взаимодействия амфотерной полимерной смолы (АПС) с целлюлозой на молекулярном уровне в работе проведено их имитационное моделирование. Суть имитационного моделирования заключается в замене целлюлозных волокон на вещества, близкие по функциональному назначению к целлюлозе. К таким веществам относятся глюкоза, сахароза, крахмал и этиленгликоль, которые растворяются в воде. Установлено, что при наличии большого количества воды в системе АПС – волокна макулатуры образуются межмолекулярные и межфрагментные водородные связи, а при достижении в системе критического количества воды происходит образование новых ковалентных связей эфирного типа между функциональными группами компонентов модельных систем и системы АПС – целлюлоза, что свидетельствует о возможности повышения физико-механических показателей бумаги и картона из вторичного сырья.Полученные результаты показывают, что имитационное моделирование структурно-функциональных преобразований в сложных по природе системах, к которым относится система целлюлоза – АПС, подтверждает наличие в них процессов, которые происходят при взаимодействии АПС с гидроксильными группами целлюлозных волокон.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2017

Сусоева

The article considers the properties of the irretrievable wastes textile cotton and linen fibres, which can be used for the production of composite materials. To determine the content of cellulose, lignin, pentosan and furfural in the fibres and their waste. Performed infrared spectroscopy of the fibers and the irretrievable waste of their production. Possibility of use of the irretrievable waste spinning of textile fibres for further processing in the soft composite Board materials, determined the physical and mechanical properties of composite plates. To reduce the number jirouskova substances on the surface of dust waste of flax and cotton, we used the method of modifying plant material one percent solution of sulfuric acid, it is possible to improve the physical and mechanical properties of composite plates. The accuracy of the results is ensured by the use of classical methods of determination of chemical composition of plant materials, duplication and statistical processing of research results using spectroscopic method. | Рассмотрены свойства безвозвратных отходов производства текстильных хлопковых и льняных волокон, которые можно использовать для производства композиционных материалов. Определено содержание целлюлозы, лигнина, пентозанов и фурфурола в волокнах и их отходах. Выполнена ИК-спектроскопия волокон и безвозвратных отходов их производства. Рассмотрена возможность использования безвозвратных отходов прядения текстильных волокон для дальнейшей переработки в мягкие композиционные плитные материалы, определены физико-механические показатели композиционных плит. Для уменьшения количества жировосковых веществ на поверхности пылевидных отходов льна и хлопка использован метод модификации растительного материала однопроцентным раствором серной кислоты, это позволило улучшить физико-механические показатели композиционных плит.Достоверность результатов работы обеспечивается использованием классических методик определения химического состава растительных материалов, дублированием и статистической обработкой результатов исследования, использованием спектроскопического метода исследования.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2017

Мухрыгин

Впервые исследовано влияние ионов металлов переменной валентности на процесс озонирования лиственной сульфатной целлюлозы. Изучен процесс окислительной делигнификации и деструкции лиственной сульфатной целлюлозы при обработке озоном водной суспензии и в газовой фазе в присутствии ионов Mn2+, Cr3+ и Fe2+ методами УФ-спектрофотометрии, ИК-спектроскопии и вискозиметрии. Показано, что введение ионов металлов переменной валентности в реакционную смесь увеличивает глубину делигнификации в 1,1–1,6 раза (Fe2+-Cr3+) при интенсивном перемешивании суспензии целлюлозы, и в 2,3 раза (Mn2+) в условиях недостаточного перемешивания (за счет барботирования озоно-воздушной смесью). Наибольшая глубина делигнификации в присутствии ионов МПВ составляет 39,8%. При озонировании в газовой фазе наблюдается более существенное увеличение глубины делигнификации лиственной сульфатной целлюлозы, чем при обработке разбавленных суспензий: до 62,1% без катализатора и до 67,5% в присутствии ионов Mn2+. По мере увеличения концентрации ионов Mn2+, Cr3+ и Fe2+ в реакционной смеси деструкция целлюлозы возрастает, СП изменяется от 1050 до 650, 720 и 800 соответственно. Изучены спектральные характеристики озонированной целлюлозы. | First influence of variable valence metal ions on the ozonation process of hardwood pulp was investigated. The oxidative delignification and destruction process of hardwood pulp by ozone treatment of water suspension and ozone treatment in gas phase in the presence of ions Mn2+, Cr3+ и Fe2 by UV-spectrophotometry, IR-spectroscopy and viscosimetry methods was studied. It was showed, that addition of variable valence metal ions into the reaction mixture increased delignification depth in 1,1–1,6 times (Fe2+– Cr3+) under intensive pulp suspension mixing, and in 2,3 times (Mn2+) at insufficient mixing conditions (ozone-air mixture bubbling). The higher value of delignification depth was reached in the presence of variable valence metal ions – 39,8%. It was obtained that delignification depth was higher under the gas phase ozonation, than under the pulp suspension ozone treatment: till 62,1% without catalyst and till 67,5% in the presence of Mn2+ ions. Cellulose degradation increased with ions Mn2+, Cr3+ and Fe2+ concentration rising in the reaction mixture. Degree of polymerization varied from 1050 to 650, 720 and 800, respectively. IR-spectres of ozonated pulp are studied.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2017

Евстафьев

The development of environmentally safe technology for processing lignocellulosic raw materials with the separation of polysaccharide and lignin fractions for subsequent use is an actual problem, a solution of which is possible when using ionic liquids as a solvent. To intensify the processing process, the possibility of using ultrasonic irradiation in the environment of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride was studied. The results of the research of the influence of ultrasound power, temperature and processing time on the yield of fractions and the degree of purification of cellulose from impurities of hemicellulose and lignin are presented. It has been established that the use of ultrasound with a power of 10-50 W at processing of wheat straw in the environment of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride promotes an increase in the degree of purification of cellulose from impurities, primarily hemicellulose, and a decrease in treatment time. The maximum degree of purification of cellulose was 68.1% and was received by irradiating with ultrasound 50 W at 140 °C within 15 min. It is shown that ultrasonic treatment of wheat straw in the environment of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride provides an increase in the total yield of sugars of fermentolysis of polysaccharides of wheat straw by 4-5 times. The total yield of sugars of fermentolysis of the fractions of polysaccharides isolated in the experimental conditions was 83% of the theoretically possible. | Разработка экологически безопасной технологии переработки лигноцеллюлозного сырья с выделением фракций полисахаридов и лигнина для последующего использования является актуальной проблемой, решение которой возможно при использовании в качестве растворителя ионных жидкостей. Для интенсификации процесса переработки изучена возможность использования ультразвукового облучения в среде хлорида 1-бутил-3-метилимидазолия. Приведены результаты исследования влияния мощности ультразвука, температуры и продолжительности обработки на выход фракций и степень очистки целлюлозы соломы пшеницы от примесей гемицеллюлоз и лигнина. Установлено, что использование ультразвука мощностью 10–50 Вт при обработке соломы в среде хлорида 1-бутил-3-метилимидазолия способствует увеличению степени очистки целлюлозы от примесей, прежде всего гемицеллюлозы, и снижению продолжительности обработки. Максимальная степень очистки целлюлозы составила 68,1% и была получена при облучении ультразвуком мощностью 50 Вт при 140 °С в течение 15 мин. Показано, что ультразвуковая обработка соломы пшеницы в среде хлорида 1-бутил-3-метилимидазолия обеспечивает увеличение общего выхода сахаров ферментолиза полисахаридов соломы пшеницы в 4–5 раз. Суммарный выход сахаров ферментолиза фракций полисахаридов, выделенных в условиях эксперимента, составил 83% от теоретически возможного.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2017

Осовская

Reduce the consumption of chlorine dioxide in the bleaching of pulp is one of the main problems of technology of production of bleached pulp at Russian enterprises. We have developed a modified method of bleaching of sulphate hardwood pulp with a degree of ozonization. The new in work is the identification of the mechanism of ozonation on the structure of cellulose at different stages of the pulp bleaching. To assess structural changes of cellulose in the process of bleaching was used technique  for IR spectroscopy. To characterize the hydrophilic properties of the cellulose used a calorimetric method and the method equilibrium sorption.Shown an advantage of using both chlorine dioxide and ozone in the bleaching of sulphate hardwood pulp. The obtained results of physical and chemical research associated with physico-mechanical properties of bleached and unbleached cellulose at different stages of bleaching. Shows the effect of ozonation on the mechanism of interaction of cellulose with bleaching agents. Effective delignification in the joint use of ozone and chlorine dioxide, can reduce the cost of bleaching chemicals. The brightness level corresponds to the world standards. and the content of organochlorine compounds (AOH) decreased by 30%. Reduce the consumption of chlorine dioxide helps to reduce contamination of waste water, reducing the content of organochlorine compounds (AOH). | Снижение расхода диоксида хлора при отбелке целлюлозы является одной из основных проблем технологии получения беленой целлюлозы на российских предприятиях. Разработан модифицированный способ отбелки сульфатной лиственной целлюлозы со ступенью озонирования. Новым в работе является выявление механизма озонирования на структуру целлюлозы на различных ступенях отбелки целлюлозы. Для оценки структурных изменений целлюлозы в процессе отбелки был применен метод ИК-Фурье спектроскопии. Для характеристики гидрофильных свойств целлюлозы применили калориметрический метод и метод равновесной сорбции. Показано преимущество совместного использования диоксида хлора и озона при отбелке сульфатной целлюлозы лиственных пород древесины. Полученные результаты физико-химических исследований сопоставлены с физико-механическими параметрами беленой и небеленой целлюлоз на различных ступенях отбелки. Показано влияние озонирования на механизм взаимодействия целлюлозы с отбеливающими реагентами. Эффективная делигнификация при совместном использовании озона и диоксида хлора, позволяет сократить расходы на отбеливающие реагенты. При этом уровень белизны соответствует мировым стандартам. Снижение расхода диоксида хлора способствует уменьшению загрязненности сточных вод, снижая содержание хлорорганических соединений (АОХ).

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2017

Осовская

The influence heat treatment and processing by moisture on the hydrophilic properties of cellulose fibers. The possibility of using this treatment to restore the capillary-porous structure of cellulose, which had been lost during drying of pulp folder. Revealed peculiarities of the structure of cellulose when exposed of water vapor of high parameters of state. In the basis of understanding what is happening in this effect are the experimental data obtained by calorimetry and sorption. For the first time on the basis of experimental data the calculated thermodynamic functions of hydration of water by cellulose, subjected to hydrothermal effects in a wide range of humidity and temperature. On the basis of experimental data the calculated thermodynamic functions of sorption of water by cellulose obtained in the optimal regime of heat, processing by moisture (438 K, 4 min). These terms of processing indicate an increased content of active sites available for interaction with water. Prolonged exposure reduces hydrophilic properties of the treated pulp as a result of the process of secondary crystallization, which is typical for polymers in highly elastic condition. Consequently, in conditions of constant temperature and humidity can occur as the increase of hydrophilic properties of cellulose and hydrophobicity of the polymer depending on the conditions of hydrothermal influences. | Исследовано влияние термо-, влагообработки на гидрофильные свойства целлюлозных волокон. Показана возможность использования данной обработки для восстановления капиллярно-пористой структуры целлюлозы, утраченной ею при сушке целлюлозной папки. Выявлены особенности структуры целлюлозы при воздействии водяным паром высоких параметров состояния. В основе понимания происходящих при данном воздействии явлений лежат экспериментальные данные, полученные методами калориметрии и сорбции. Впервые на основании экспериментальных данных рассчитаны термодинамические функции гидратации воды целлюлозой, подвергнутой гидротермическим воздействиям в широком диапазоне влажности и температур. На основании экспериментальных данных рассчитаны термодинамические функции сорбции воды целлюлозой, полученной в оптимальном режиме термо-, влагообработки (438 К, 4 мин). Данные условия обработки указывают на увеличение содержания активных центров, доступных к взаимодействию с водой. При длительном воздействии гидрофильные свойства обработанной целлюлозы снижаются вследствие протекания процесса вторичной кристаллизации, который типичен для полимеров в высокоэластичном состоянии. Следовательно, в условиях постоянной температуры и влажности может происходить как увеличение гидрофильных свойств целлюлозы, так и гидрофобизация полимера в зависимости от условий гидротермических воздействий.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2017

Осовская

The influence heat treatment and processing by moisture on the hydrophilic properties of cellulose fibers. The possibility of using this treatment to restore the capillary-porous structure of cellulose, which had been lost during drying of pulp folder. Revealed peculiarities of the structure of cellulose when exposed of water vapor of high parameters of state. In the basis of understanding what is happening in this effect are the experimental data obtained by calorimetry and sorption. For the first time on the basis of experimental data the calculated thermodynamic functions of hydration of water by cellulose, subjected to hydrothermal effects in a wide range of humidity and temperature. On the basis of experimental data the calculated thermodynamic functions of sorption of water by cellulose obtained in the optimal regime of heat, processing by moisture (438 K, 4 min). These terms of processing indicate an increased content of active sites available for interaction with water. Prolonged exposure reduces hydrophilic properties of the treated pulp as a result of the process of secondary crystallization, which is typical for polymers in highly elastic condition. Consequently, in conditions of constant temperature and humidity can occur as the increase of hydrophilic properties of cellulose and hydrophobicity of the polymer depending on the conditions of hydrothermal influences. | Исследовано влияние термо-, влагообработки на гидрофильные свойства целлюлозных волокон. Показана возможность использования данной обработки для восстановления капиллярно-пористой структуры целлюлозы, утраченной ею при сушке целлюлозной папки. Выявлены особенности структуры целлюлозы при воздействии водяным паром высоких параметров состояния. В основе понимания происходящих при данном воздействии явлений лежат экспериментальные данные, полученные методами калориметрии и сорбции. Впервые на основании экспериментальных данных рассчитаны термодинамические функции гидратации воды целлюлозой, подвергнутой гидротермическим воздействиям в широком диапазоне влажности и температур. На основании экспериментальных данных рассчитаны термодинамические функции сорбции воды целлюлозой, полученной в оптимальном режиме термо-, влагообработки (438 К, 4 мин). Данные условия обработки указывают на увеличение содержания активных центров, доступных к взаимодействию с водой. При длительном воздействии гидрофильные свойства обработанной целлюлозы снижаются вследствие протекания процесса вторичной кристаллизации, который типичен для полимеров в высокоэластичном состоянии. Следовательно, в условиях постоянной температуры и влажности может происходить как увеличение гидрофильных свойств целлюлозы, так и гидрофобизация полимера в зависимости от условий гидротермических воздействий.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation