AGRIS - 

2023

Демиденко, Наталья Юрьевна | Баяндин, Михаил Андреевич | Намятов, Алексей Валерьевич | Ермолин, Владимир Николаевич

The work studied the effect of mechanical activation, hydrodynamically, on the physico-chemical properties of soft waste from mechanical processing of wood (sawdust). As a result of research, it has been established that during cavitation treatment, the chemical structure of sawdust is transformed, which ensures the production of hydrodynamically activated wood particles with a high content of reactive surface functional groups, which is caused by a change in the ligno-carbohydrate complex. It has been established that as a result of hydrodynamic activation, the amount of difficult-to-hydrolyze polysaccharides is reduced by 37%, while the proportions of easily hydrolyzable substances and substances of phenolic nature increase, respectively, by 12 and 25%. The transformation of the ligno-carbohydrate complex of wood particles during cavitation largely determines the change in the characteristics of their porous structure. An increase in the number of micropores by 1.5 times and large transport pores by 3 times during the cavitation process was established. The results obtained largely prove that the physical and chemical properties of hydrodynamically activated wood particles largely determine the possibility of obtaining non-toxic wood materials with high physical and mechanical properties without piezo-thermal effects. | В работе изучено влияние механоактивации гидродинамическим способом на физико-химические свойства мягких отходов механической обработки древесины (опилок). В результате исследований установлено, что при кавитационной обработке происходит трансформация химической структуры древесных опилок, что обеспечивает получение гидродинамически активированных древесных частиц с высоким содержанием реакционноспособных поверхностных функциональных групп, которое обусловлено изменением лигно-углеводного комплекса. Установлено, что в результате гидродинамической активации количество трудногидролизуемых полисахаридов снижается на 37%, при этом увеличиваются доли легкогидролизуемых веществ и веществ фенольной природы, соответственно, на 12 и 25%. Трансформация лигно-углеводного комплекса древесных частиц в процессе кавитации во многом предопределяет изменение характеристики их пористой структуры. Установлено увеличение количества микропор в 1.5 раза и больших транспортных пор в 3 раза в процессе кавитации. Полученные результаты во многом доказывают, что физико-химические свойства активированных гидродинамическим способом древесных частиц во многом определяют возможность получения нетоксичных древесных материалов с высокими физико-механическими свойствами без пьезотермических воздействий.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2023

Миневич, Ирина Эдуардовна | Нечипоренко, Алла Павловна | Волкова, Анастасия Валерьевна | Зайцева, Любовь Анатольевна

Семена технической конопли являются источником ценного масла и биологически активных веществ. С ростом их производства и переработки увеличивается и объем вторичного сырья, в том числе и лузги, остающейся после обрушивания семян конопли. Цель настоящего исследования – получение целлюлозы из конопляной лузги и характеристика целлюлозного продукта. Конопляная лузга представляет собой смесь плодовой оболочки и остатков ядра. Исследуемая лузга содержала 7.7% фракции ядра. Содержание целлюлозы в сырье составило 40.8%, лигнина – 28.7%. Содержание водорастворимых соединений варьировало в интервале 19–20%. Количество экстрактивных веществ (в этиловом спирте) составило 4.6%. Целлюлозный продукт получали с использованием пероксидной обработки и комбинированным способом, сочетающим ферментную и пероксидную обработку сырья. Выход продукта составил 32–37%, содержание в нем целлюлозы – от 80 до 96%, степень полимеризации 170–200, содержание α-целлюлозы – 47–57%. Было установлено, что в процессе пероксидной обработки выход продукта после 120 мин процесса не изменялся; степень полимеризации снижалась и начинала устойчиво расти после 150 мин, что можно объяснить рекристаллизацией аморфной фракции. Проведенное ИК-спектроскопическое исследование свидетельствует о невысоком содержании нецеллюлозных компонентов в целевом продукте. Полученный из конопляной лузги целлюлозный продукт характеризуется невысоким содержанием α-целлюлозы, вследствие чего является перспективным сырьем для производства порошкообразной целлюлозы. | Technical hemp seeds are a source of valuable oil and biologically active substances. With the growth of their production and processing, the volume of secondary raw materials also increases, including the husk remaining after the collapse of hemp seeds. The purpose of this study is to obtain cellulose from hemp husk and characterize the cellulose product. Hemp husk is a mixture of the seed coat and the remnants of the kernel. The studied husk contained 7.7% of the core fraction. The cellulose content in the raw material was 40.8%, lignin – 28.7%. The content of water-soluble compounds varied in the range of 19–20%. The amount of extractives (in ethyl alcohol) was 4.6%. The cellulose product was obtained using peroxide treatment and a combined method combining enzyme and peroxide treatment of raw materials. The yield of the product was 32–37%, the content of cellulose in it was from 80 to 96%, the degree of polymerization was 170–200, the content of crystalline cellulose was 47–57%. It was found that during the peroxide treatment, the product yield after 120 minutes of the process did not change; the degree of polymerization decreased and began to grow steadily after 150 min, which can be explained by the recrystallization of the amorphous fraction. The conducted IR spectroscopic study indicates a low content of non-cellulose components in the target product. The paper shows the possibility of obtaining basic cellulose raw materials for the production of purified cellulose.The cellulose product obtained from hemp husk is characterized by a low content of crystalline cellulose, as a result of which it is a promising raw material for the production of powdered cellulose.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2023

Пен, Роберт Зусьевич | Марченко, Роман Александрович | Шапиро, Ида Львовна | Амбросович, Юлия Алексеевна | Каретникова, Наталья Викторовна

Образцы сухостойной древесины (сосна, ель, пихта, кедр), пораженной в 2017 году сибирским шелкопрядом и хвойным усачом, отобраны в апреле 2022 года на территории Енисейского района Красноярского края с целью делигнификации сульфатным способом, оптимизации варочного процесса, оценки свойств небеленой целлюлозы, определения возможности ее использования в качестве волокнистого полуфабриката целлюлозно-бумажного производства. Сульфатные варки выполнены в лабораторном автоклаве при следующих постоянных услоаиях: гидромодуль 4.8; степень сульфидности варочного раствора 20.8%; температура 170 °С. В ходе эксперимента варьировали расход активной щелочи (15.5–18.5% от массы древесины, ед. Na2O) и продолжительность изотермической варки (4.5–6.5 ч). Зависимости выхода и свойств целлюлозы от этих факторов аппроксимировали уравнениями регрессии второго порядка. Полученная таким путем математическая модель варочного процесса использована для графического представления результатов в виде трехмерных поверхностей отклика и для вычисления оптимальных значений переменных факторов варки: расход активной щелочи 16.2%, продолжительность варки 6.1 ч. Все образцы древесины сварены раздельно по оптимальному режиму. Результаты варок: выход целлюлозы 37.9–41.3%; доля непровара менее 1%; степень делигнификации целлюлозы 23–29 единиц Каппа (массовая доля лигнина 3.38–4.21%); разрывная длина 8130–9250 м; сопротивление продавливанию 400–490 кПа, раздиранию 630–870 мН, излому 380–460 перегибов. Свойства всех образцов целлюлозы отвечают марке НС-3. Отмечено значительное снижение выхода целлюлозы (на 10–12%) в сравнении с целлюлозой аналогичной степени делигнификации из здоровой древесины. | The samples of dead wood (the pine, spruce, fir, cedar), damaged in 2017 by the siberian silkmoth and cedar-tree borer is displayed at April 2022 on the Yenisei region of Krasnoyarsk Territory with for sulphate delignification, optimization of the cooking process, estimation of the unbleached cellulose characteristics, determination of the possibility of its use as fibrous semi-finished product of cellulose-paper production. The sulphate cookings are executed in laboratory autoclave under the following constant conditions: hydromodule 4.8; the degree sulfiditiy of the cooking solution 20.8%; the temperature 170 °C. In the course of experiment varied the active alkali consumption (15.5–18.5% from wood mass in unit Na2O) and duration of the isothermal cooking (4.5–6.5 hours). The dependencies of the output and of the cellulose characteristics from these factor is approximated by the regression equations of the second order. Mathematical model of the cookig process obtained such way is used for graphic presentation result in type of the three-dimensional surfaces of the response and for calculation of the best values of the variable cooking factor: consumption active alkali 16.2%; cooking duration 6.1 hour. All samples of the wood was be cooking separately on optimal regime. The cooking results: the cellulose output 37.9–41.3%; the no-cooked part less 1%; degree of the cellulose delignification 23–29 Kаppа unit (the mass part of the lignin 3.38–4.21%); the explosive length 8130– 9250 m; the forcing through resistance 400–490 кPа; tearing resistance 630–870 mmN; break resistance 380–460 bends. The characteristic of the all cellulose samples answer to the mark NS-3. It is noted significant reduction of the cellulose output (on 10–2%) in comparison with cellulose similar degree delignification from sound wood.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2023

Пен, Роберт Зусьевич | Шапиро, Ида Львовна | Каретникова, Наталья Викторовна | Марченко, Роман Александрович

Стебли пшеницы (Triticum sh.), пеньку и костру из стеблей технической конопли (Cannabis sativa), древесину пихты (Abies sibirica) обрабатывали водным раствором гидроксида натрия (концентрация NaOH – 1 г-моль/дм3, гидромодуль – 6, температура – 93 °С, продолжительность – 2 ч), промывали водой и делигнифицировали раствором «уксусная кислота – пероксид водорода – серная кислота – вода» (начальная концентрация уксусной кислоты 6 г-моль/дм3, пероксида водорода – также 6 г-моль/дм3, серной кислоты – 1.5%; жидкостный модуль – 6; температура изотермической обработки – 93 °С, продолжительность – 210 мин). Одновременно делигнифицировали то же растительное сырье без щелочной предварительной обработки и без сернокислотного катализатора при варке. Цель исследования – оценка влияния названных факторов на выход и свойства целлюлозы. Математическая обработка выполнена методами кластерного и дисперсионного анализов. Щелочная предобработка привела к снижению выхода и степени полимеризации и к увеличению йодного числа только целлюлозы из пшеничной соломы. Добавка каталитического количества серной кислоты к варочному раствору приводила к снижению выхода и степени полимеризации и к увеличению йодного числа целлюлозы из всех видов использованного однолетнего растительного сырья. При подходящем выборе технологических режимов варки возможно получение продукта с характеристиками микрокристаллической целлюлозы (степень полимеризации – не выше 300, йодное число – не менее 10 мг/г) одноступенчатой пероксидной варкой без щелочной предобработки и катализатора. | The wheat steams (Triticum sh.), hemp and shive from the technical cannabis (Cannabis sativa), wood of Siberia fir (Abies sibirica) was processed with the sodium hydrate (concentration NaOH 1 g-mol/dm3, liquid module 6, temperature 93 °C, length 2 hours), washed with water and delignificated by the “hydrogen peroxide – sulfuric acid – water” solution (initial concentration of the acetic acid 6 g-mol/dm3, hydrogen peroxide – also 6 g-mol/dm3 , sulfuric acid – 1.5% (mass.), liquid module 6, temperature of the isothermal process 93 °C, length 210 minutes). Simultaneously the same vegetable raw material was delignificated without alkaline preprocessing and without sulfuric acid catalyst at the cooking. The purpose of the study – estimation of the influence named factors on output and characteristic of the cellulose. Mathematical processing is performed with the methods of the cluster and dispersing analysis. Alkaline preprocessing has brought to reduction of the output and degree polymerization and to increase the iodine number only to celluloses from wheat straw. The additive catalytic amount of the sulfuric acid to cooking solution brought to the reduction of the output and degree polymerization and to increase the iodine number of the cellulose from all type used one-year vegetable raw. Under approaching choice technological cooking conditions it is possible reception of the product with the characteristics microcrystalline celluloses (the degree polymerization not above 300, iodine number not less 10 mg/g) with one-stage peroxide cooking without alkaline preprocessing and catalyst.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation