СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНОПЛИ
METHOD FOR CELLULOSE PRODUCTION FROM TECHNICAL HEMP

Изобретение относится к области производства целлюлозы и может быть использовано для получения целлюлозы повышенного качества из недорогого и быстро воспроизводимого травянистого сырья с минимизацией экологической нагрузки на окружающую среду.
Известен способ получения целлюлозной массы из стеблей кукурузы [1]. В данном способе применяется волокно кукурузы малой длины, не обеспечивающее получение прочной по сопротивлению разрыву бумаги. Кроме того, кукуруза не выращивается в большинстве областей Российской Федерации, тем более в районах расположения наиболее крупных целлюлозно-бумажных предприятий (север Европейской части России, Сибирь, Байкал).
Издавна в России и затем в СССР выращивалась техническая конопля для последующего производства товарного волокна. Волокно использовалось для приготовления канатов, веревок, парусины.
В настоящее время выведены сорта конопли, не обладающие, в отличие от конопли индийской, наркотическими свойствами. В то же время техническая конопля обладает уникальной способностью десятикратного превышения прироста волокна по сравнению с древесной массой с единицы посадочной площади.
Известен также наиболее близкий к заявляемому способ получения целлюлозы из технической конопли, включающий сушку сырья, его размол и классификацию полученных частиц, варку с использованием щелочной варочной жидкости концентрацией не более 18% массовых гидроокиси натрия в варочном котле, отделение полученной целлюлозы от варочной жидкости [2]. Недостатками способа являются существенное содержание лигнина в целлюлозе, высокие энергозатраты на создание необходимой температуры варки и большое количество отработанной щелочной варочной жидкости в качестве отходов производства.
Задачей изобретения является уменьшение содержания лигнина в получаемой целлюлозе и повышение за счет этого качества изделий из целлюлозы, снижение энергозатрат на проведение процесса варки и значительное уменьшение экологической нагрузки на окружающую среду за счет резкого сокращения отходов производства.
Поставленная задача решается тем, что варку проводят с добавлением антрахинона в количестве не более 0,1% от массы сырья, полученную целлюлозу отбеливают кислородом и(или) озоном, щелочную варочную жидкость обрабатывают с помощью полупроницаемых мембран обратного или прямого осмоса, регенерированную варочную жидкость возвращают на стадию варки в варочном котле, при этом температуру варки поддерживают в интервале 125-145°С.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1 (прототип).
Варку конопли проводили в варочном котле при следующих условиях. Расход активной щелочи к конопле 16-18% массовых NaOH, отношение массы варочного раствора к массе образца (гидромодуль) - 6, максимальная температура варки 145°С, продолжительность варки 2 часа. Выход технической целлюлозы составляет 45,1%. При этом вся варочная жидкость уходит в сточные воды, то есть варочный щелок полностью теряется и не может быть повторно использован.
Пример 2.
Варку конопли проводили в варочном котле при следующих условиях. Расход активной щелочи к конопле 15-16% массовых NaOH, гидромодуль - 6, расход антрахинона 0,1% к конопле, максимальная температура варки 125°С, продолжительность варки 2 часа. Выход технической целлюлозы составляет 55,3%.
Пример 3.
То же, что в примере 2, но при максимальной температуре варки 145°С. Выход технической целлюлозы составляет 61,5%.
Пример 4.
Целлюлозу, полученную по примерам 2 или 3, подвергали отбеливанию с помощью кислорода и(или) озона. Результаты отбеливания приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Зависимость белизны волокнистой массы от способа отбеливания
Реагент отбелки
Концентрация массы целлюлозы, %
Расход О<sub>2</sub> и О<sub>3</sub>, кг/т
Белизна, %
О<sub>2</sub>
18-25
1,5
30
2,0
40
3,0
49
О<sub>3</sub>
18-25
1,5
52
2,0
60
3,0
66
О<sub>2</sub>+О<sub>3</sub> в соотношении 1:1
18-25
1,5
42
2,0
53
3,0
60
В таблице 2 представлены результаты обработки щелочной варочной жидкости с помощью полупроницаемых мембран обратного или прямого осмоса. Такая обработка позволяет минимизировать потери варочного щелока, резко уменьшить объем сточных вод и экологическую нагрузку на окружающую среду, а также снизить затраты на обработку сточных вод.
Таблица 2.
Очистка варочного щелока.
Мембрана
Давление, атм
Концентрация NaOH, %
Потери варочного щелока при гидромодуле 6,%
Исходного щелока
Фильтрата
Концентрата
№1 обратного осмоса
50
12
-
24,1
1,2
15
-
26,0
1,4
№1 обратного осмоса
75
12
26,1
1,0
15
-
28,1
1,3
№2 прямого осмоса
4
12
10,8
-
7,2
15
14,0
-
6,0
№2 Прямого осмоса
5
12
11,0
-
6,0
15
14,1
-
5,4
Обработанную щелочную варочную жидкость (мембраны прямого осмоса) с добавлением свежей воды или очищенную воду с добавлением свежего варочного щелока (мембраны обратного осмоса) направляют в качестве регенерированной варочной жидкости на стадию варки целлюлозы в варочном котле.
Предлагаемый способ позволяет повысить качество изделий из целлюлозы и улучшить экономические и экологические показатели процесса получения целлюлозы.
Литература
1. Патент РФ № 2249636, МПК 7 D21C 5/00, 3/00, D21H 11/12, 29.06.2000.
2. CORREIA, F., D.N.ROY and K.GOEL, «Chemistry and Delignification Kinetics of Canadian Indastrial Hemp (Cannabis sativa L.)», J. Wood Chem. Technol. 21(2):97-111 (2001).