Наибольший интерес с точки зрения переработки на целлюлозу представляет береза, благодаря ее распространенности, высоким показателям механической прочности и хорошим бумагообразующим свойствам получаемых полуфабрикатов. Лиственная древесина перерабатывается, в основном, сульфатным способом варки. Особенностью строения лиственных пород древесины, в том числе и березы, является сложное строение лигнина. Лигнин лиственных пород содержит больше метоксильных групп, которые при взаимодействии с сульфатными варочными компонентами приводит к повышенному образованию метилсернистых соединений. С точки зрения уменьшения вредных дурнопахнущих сернистых выбросов и стоков, а также получения полуфабрикатов с высокими показателями механической прочности и хорошим качеством, представляет интерес натронно-антрахинонный способ производства целлюлозы из древесины березы. Основной причиной потерь холоцеллюлозы при делигнификации в щелочной среде является деполимеризация полисахаридов или реакция «peeling» [1]. Особенно подвержена деполимеризации холоцеллюлоза лиственных пород древесины, которая имеет сложный по строению комплекс лигнина и относительно короткие макромолекулы полисахаридов. Росту скорости процесса деполимеризации способствует увеличение концентрации гидрооксида натрия, температуры и времени. Для данного исследования была выбрана береза пушистая (Betula Рubescens) следующего состава: целлюлоза 46,0%, лигнин 18,8%, пентозаны 24,3%, вещества растворимые в горячей воде 2,93%, смолы и жиры 2,85%, зола 0,47%. Варки проводили в автоклаве с воздушным обогревом. При каталитической варке к раствору едкого натра добавляли дисперсию антрахинона. Используемый в работе антрахинон, получен в лабораторных условиях. Содержание основного продукта 95%. Процесс варки осуществлялся с использованием программирования температуры. Варка проводилась при следующих условиях: расход активной щелочи к а.с.д. 18%, 20% (в ед. Na2O); гидромодуль 4,5; расход антрахинона 0,1% к а.с.д.; максимальная температура варки 170 0С; время достижения максимальной температуры 90 мин. Целлюлоза подвергалась анализу по следующим показателям: определение степени делигнификации ГОСТ 10070-74, содержание -целлюлозы ГОСТ 6840-78, содержание пентозанов ТАРРI–223 OS-62 [2], определение средней степени полимеризации ГОСТ 6840-74. В ходе работы проводили анализ черного щелока с целью определения содержания эффективной щелочи по методу Кульгрена [2]. При использовании антрахинона повышается избирательность процесса делигнификации, в соответствии с избирательностью увеличивается и выход древесного остатка. Выход, древесного остатка, полученный с использованием антрахинона (0,1% к абсолютно-сухой древесине) при одинаковом содержании остаточного лигнина, увеличивается на 2,8-1% при расходе активной щелочи 18% к абсолютно-сухой древесине и на 2,9-1,5% при расходе активной щелочи 20%, по сравнению с некаталитической варкой. Следовательно, за счет селективного удаления лигнина углеводный комплекс древесины меньше подвергается деструкции. В частности, проведенный анализ древесного остатка на содержание в нем α-целлюлозы показывает, что в целлюлозе полученной каталитическим способом α-целлюлозы содержится на 3-4% больше, чем при некаталитической варке при равном содержании лигнина. Зависимость содержания α-целлюлозы от содержания остаточного лигнина можно выразить уравнением у=3,9302х+77,655 (величина достоверности аппроксимации R2=0,9982) и у=2,6477х+76,969 (R2=0,9926) для некаталитической варки и у=3,4884х+80,395 (R2=0,9967) у=1,8838х+81,548 (R2=0,9926) для варки с катализатором при расходе активной щелочи 18 и 20% соответственно. Повышение выхода целлюлозы при одном и том же содержании остаточного лигнина объясняется также сохранением полиозного комплекса за счет образования в макромолекулах полисахаридов концевых звеньев альдоновых кислот, которые устойчивы к щелочной деполимеризации. В результате расщепления углеводной цепи целлюлозы и гемицеллюлоз образуются органические кислоты, на нейтрализацию которых расходуются гидроксид ионы, находящиеся в варочном щелоке, снижая тем самым концентрацию эффективной щелочи. В ходе работы выявлено, что при каталитической варке содержание эффективной щелочи в отработанном черном щелоке выше, чем при варке без катализатора при достижении одной и той же степени делигнификации. На основании литературных данных [1], дополнительный выход целлюлозы при натронно-антрахинонной варке древесины березы в большей степени зависит от предохранения ксилана. Известно [3], что повышение выхода может наблюдаться за счет повторного осаждения растворенных углеводов на поверхности целлюлозных волокон, в данном случае ксилана. Растворенный ксилан может переосождаться как на макромолекулах α-целлюлозы, так и на полиозном комплексе. При этом увеличивается средняя степень полимеризации макромолекул целлюлозы по сравнению с некаталитической варкой, что представлено на рис. 1.
|
