CC BY
58
ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ ТРОСТНИКА
Бабамуратов Бекзод Эргашевич
докторант, Термезский государственный университет.
Республика Узбекистан, г. Термез E-mail: babamuratov1985@mail. ru
Джалилов Абдулахат Турапович
д-р хим. наук, профессор, академик АНРУз, директор ООО « Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии», Республика Узбекистан, Ташкентская обл., Ташкентскийр-н, п/о Ибрат
Тураев Хайит Худайназарович
д-р хим. наук, профессор, Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез
STUDYING THE METHOD OF OBTAINING CELLULOSE FROM CANE
Bekzod Babamuratov
Postdoctoral Student, Termez State University, the Republic of Uzbekistan, Termez
Abdulakhat Djalilov
LLC Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, Director.
Academician of the Academy of Sciences of Uzbekistan, doctor of chemical sciences, professor,
Republic of Uzbekistan. Tashkent
Hayit Turayev
Doctor of Chemistry, Professor, Termez State University, the Republic of Uzbekistan, Termez
АННОТАЦИЯ
В данной статье исследован процесс получения целлюлозы из тростника, изучена зависимость степени полимеризации (СП) получаемой а-целлюлозы из тростника от концентрации щелочного раствора.
Исследовано влияние температуры на выход целлюлозы. Проведен ИК-спектроскопический анализ полученного продукта. Составлены диаграммы завимости выхода целлюлозы и а-целлюлозы от концентрации NaOH при температуре 120 0С.
ABSTRACT
In this article, the process of obtaining cellulose from cane is investigated, the dependence of the degree of polymerization of the obtained а-cellulose from cane on the concentration of an alkaline solution is studied.
The effect of temperature on the cellulose yield has been investigated. IR-spectroscopic analysis of the obtained product was carried out. Diagrams of the dependence of the yield of cellulose and а-cellulose on the concentration of NaOH at a temperature of 120 ° C were made.
Ключевые слова: тростник, отбеливание, уровень полимеризации, вискозиметрический метод, ИК-спектроскопия, щелочная варка.
Keywords: cane, bleaching, polymerization rate, viscometric method, IR spectroscopy, alkali boiling.
Введение. Целлюлоза, как наиболее широко распространенный природный полимерный материал, является одним из важнейших полуфабрикатов, применяемых в бумажной, текстильной и химической промышленности [1].
Растения в природе являются источником большого количества целлюлозы, но из-за высокого спроса
на целлюлозу и ее производные, полностью удовлетворить спрос не удаётся. Одним из важных аспектов является решение возникающих проблем за счет рационального использования местного сырья для удовлетворения таких требований [2, 3].
Библиографическое описание: Бабамуратов Б.Э., Тураев Х.Х., Джалилов А.Т. Изучение способа получения целлюлозы из тростника // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2021. 2(80). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/11230 (дата обращения: 05.02.2021).
Основным растительным сырьем для производства целлюлозы является древесина хвойных, лиственных пород, хлопковое волокно и хлопковый линт. Целлюлозу можно получать и из таких не древесных видов растений, как лён, стебли хлопчатника (гуза-пая), конопля, джут, кенаф и др. [4-6].
Однако, за последние 20-30 лет широкое распространие находят также и однолетние растения: солома ржи, ячменя, пшеницы, риса, тростника и клещевина. За рубежом целлюлозу получают также из бамбука и багассы[7].
Но, несмотря на наличие значительной сырьевой базы, в последнее время, исследователями и технологами ведутся интенсивные поиски новых видов целлюлозосодержащего сырья для получения целлюлозы [8].
Как упоминалось, основными видами целлюзосодержащего сырья являются деревесина лиственных и хвойных пород, а также однолетние растения [9,10] При этом, практическое содержание целлюлозы в них одинаковое (38-43%). Тогда как, содержание лигнина в древесине в 2,5-3 раза больше, чем у однолетних растений, а содержание гемицел-люлоз преобладает в однолетних растениях [11, 12].
Дальнейшие исследования проводились по изучению тростникового растения в качестве источника целлюлозы, потому что это растение широко распространено в дикой природе в разных частях Узбекистана.
Предварительными исследоваваниями показано, что в тростнике имеется около 55 % целлюлозы. Поэтому проведение научно-исследовательских работ по разработке технологии получения целлюлозы из тростника, является актуальной задачей.
Целью работы является нахождение оптимальных условий реакций получения а-целлюлозы из однолетнего тростникового растения.
Экспериментальная часть. В данной статье изучался процесс получения целлюлозы из тростника. Для проведения реакции тщательно промыли смесь стеблей и листьев мелко измельченного тростникового
Физико-химические показатели получения
растения в дистиллированной воде для удаления песка и других примесей, затем хорошо высушили.
Эксперименты проводили в автоклаве, снабженном мешалкой, термометром и манометром. Работу начали с погружения сырья в щелочной раствор определённой концентрации, для выделения целлюлозы. Процесс набухания занимает около 3 часов. В ходе исследования использовались щелочные растворы разной концентрации. Далее смесь, смоченную щелочью, помещали в автоклав, плотно закрыли крышку автоклава, включили нагрев. Работы проводились при разной температуре и времени нагрева. По ре-зультам анализов пришли к выводу, что наилучший выход целлюлозы получился при температуре 1200С и при времени нагрева 1,5 часа. Далее работы проводили при нагреве автоклава до температуры 120 °С и поддерживали данную температуру в течение 90 минут. Давление в автоклаве поддерживали на уровне 1-1,5 МПа. В конце процесса получившуюся массу достали из автоклава и тщательно промыли в дистиллированной воде. Во время промывания определяли рН среду промывных вод индикаторной бумагой. Промывали до рН = 7,5. Затем промытую массу поместили в сушильный шкаф для сушки при 40-60 °С. Из-за светло-желтого цвета полученного продукта после сушки, далее проводили процесс отбеливания с использованием свежеприготовленного 3%-ного раствора гипохлорита натрия. Этот процесс проводили в трехгорлой колбе, снабженной мешалкой, термометром, обратным холодильником. Высушенный продукт поместили в колбу, залили раствором гипохлорита натрия, включили мешалку и перемешивали со скоростью 300 об/мин. Температуру поддерживали на уровне 70 °С. Длительность процесса около 1,5-2 часов. Далее полученную массу тщательно промыли дистиллированной водой до рН=7,5. Полученный продукт высушили в сушильном шкафу при температуре 60-70°С. Получился белый продукт - целлюлозное волокно. Полученный продукт взвесили и сравнили с массой сырья для расчета выхода реакции. Выход реакции составил 46,5-51%.
Таблица 1.
>1 и степень полимеризации (СП) а-целлюлозы
№ ^ОН, г/л Температура ° С 1, час Выход целлюлозы, % Влажностью/о Зольность,/ а- целлюлоза,/ СП
1. 50 120 1,5 70 2,9 2,4 52,8 990
2. 55 120 1,5 65 3,4 1,8 68,1 985
3. 60 120 1,5 60 3,7 1,2 85,4 970
4. 65 120 1,5 55 3,9 1,0 89,7 920
5. 70 120 1,5 50 4,1 0,95 92,9 850
При получении целлюлозы были проведены Графическое представление этой таблицы
исследования щелочной варки тростника с показано на рисунке 1.
различными концентрациями КаОЫ, и изучены основные характеристические показатели полученного продукта. Данные приведены в таблице 1.
I
И
100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45
50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 Концентрация щелочи, г/л
целлюлоза а-целлюлоза
Рисунок 1. Зависимость выхода целлюлозы и а-целлюлозы от концентрации ^ОН
при температуре 120 0С
Как видно на рисунке 1, при температуре 120 0С и концентрации щёлочи 70 г/л получается наибольший выход а-целлюлозы.
Полученную из тростника целлюлозу, анализировали с помощью ИК-спектроскопии (рис.2).
Рисунок 2. ИК-спектр полученной целлюлозы
ИК-спектр показывает, что в областях 3331 см-1 и 3271 см-1 наблюдаются валентные колебания связей -ОН группы. Поглощение полос в области 2900 см-1 указывает на наличие группы -СН2. Поглощение полос в областях 1001 см-1, 1029 см-1 и 1056 см-1 связано с валентными колебаниями связей -С - С- групп [5].
Выводы
Исследован процесс получения целлюлозы из тростника. Показано, что выход а-целлюлозы, из листьев и стеблей тростника, получается
наилучшим при концентрации щелочи более 70 г/л. Состав и структура целлюлозы исследовались с помощью ИК-спектроскопии, в ИК-спектре появляются пики, соответствующие гидроксильным группам в областях 3321 и 3271 см-1, а также деформационные колебания в области 1040 и 1060 см-1. связей С - С групп.
Степень полимеризации полученной а-целлю-лозы уменьшается с увеличением концентрации щелочи от 50 г/л до 70 г/л, соответственно от 990 до 850.
Список литературы:
1. P. Willberg-Keyrilainen, J. Hiltunen, and J. Ropponen, "Production of cellulose carbamate using urea-based deep eutectic solvents," Cellulose, 2018, doi: 10.1007/s10570-017-1465-9.
2. G. Rahmonberdiev, M. Murodov, K. Negmatova, A. Lysenko. "Effective Technology of Obtaining The Carboxymethyl Cellulose From Annual Plants"// Materials science and engineering an introduction. -Switzerland, 2012.-pp 541-543.
3. S. Gan, S. Zakaria, C.H. Chia, R.S. Chen, A.V. Ellis, and H. Kaco, "Highly porous regenerated cellulose hydrogel and aerogel prepared from hydrothermal synthesized cellulose carbamate," PLoS One, 2017, doi: 10.1371/journal.pone.0173743.
4. S. Paunonen, T. Kamppuri, L. Katajainen, C. Hohenthal, P. Heikkila, and A. Harlin, "Environmental impact of cellulose carbamate fibers from chemically recycled cotton," J. Clean. Prod., 2019, doi: 10.1016/j.jclepro.2019.03.063.
5. Тарасевич Б.Н. ИК-спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы. М. МГУ-2012. - 50-60 с.
6. W. Dahou, D. Ghemati, A. Oudia, and D. Aliouche, "Preparation and biological characterization of cellulose graft copolymers," Biochem. Eng. J., 2010, doi: 10.1016/j.bej.2009.10.006.
7. Aref.I. M. (2005). "Performance of Leucaena lencocephala and Albizia lebbeck trees under low irrigation water in the field." Journal of the Saudi Society' of Agricultural Sciences 4(1). 51 -60.
8. Lopez F., Garcia М.М., Yanez R., Tapias R. Fernandez М. and Diaz M.J. (2008). "Leucaena species valoration for biomass and paper production in 1 and 2 year harvest," Bioresource Technologr 99(11). 4846-4853. DOI: 10.1016/J.biortech.2007.09.048.
9. Hindi S.S.Z., Bakhashwain A.A., and El-Feel A. (2010). "Physico-chemical characterization of some Saudi ligno-cellulosic natural resources and their suitability for fiber production," Journal of Meteorology, Environment and Arid Land Agriculture Science 21(2). 45-55. DOI: 10.4197/Met.21-2.4.
10. Zhang M.Q. (2007). "Polymeric materials from natural resources - Emerging as the times require." eXPRESS Polymer Letters 1(7). 406-406. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2007.57.
11. Tang L.G., Hon D.N.S., and Zhu Y.Q. (1997). "An investigation in solution acetylation of cellulose by microscopic techniques," Journal of Applied Polymer Science 64(10). 1953-1960. DOI: 10.1002/(SICI)1097-4628(19970606.
12. Edgar K.J., Buchanan С.М., Debenham, J S., Rundquist P.A., Seiler B.D. and Shelton M.C. (2001). "Advances in cellulose ester performance and application." Progress in Polymer Science 26(9). 1605-1688. DOI: 10.1016/S0079-6700(01)00027-2.
