Научная статья на тему 'Получение углеродных материалов из отходов сухой окорки лиственницы сибирской. 1. Особенности отходов сухой окорки как сырья для получения углеродных материалов'

Получение углеродных материалов из отходов сухой окорки лиственницы сибирской. 1. Особенности отходов сухой окорки как сырья для получения углеродных материалов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
132
63
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Химия растительного сырья
Scopus
ВАК
AGRIS
CAS
RSCI

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Беседина И. Н., Симкин Ю. Я., Петров В. С.

В работе представлены результаты изучения фракционного состава, механической прочности и микроструктуры отходов сухой окорки лиственницы сибирской с точки зрения получения из них углеродных материалов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Получение углеродных материалов из отходов сухой окорки лиственницы сибирской. 1. Особенности отходов сухой окорки как сырья для получения углеродных материалов»

Химия растительного сырья. 2002. №2. С. 63-66.

УДК 630.283:630.866

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ОТХОДОВ СУХОЙ ОКОРКИ ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ. 1. ОСОБЕННОСТИ ОТХОДОВ СУХОЙ ОКОРКИ КАК СЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

© И.Н. Беседина, Ю.Я. Симкин, В.С. Петров

Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82, Красноярск, 660049 (Россия) e-mail: [email protected]

В работе представлены результаты изучения фракционного состава, механической прочности и микроструктуры отходов сухой окорки лиственницы сибирской с точки зрения получения из них углеродных материалов.

Введение

В настоящее время в промышленное производство все больше вовлекается лиственница, являющаяся основной лесообразующей породой Сибири и Дальнего Востока, где она занимает более половины всей площади, занимаемой лесами. С древесиной из леса ежегодно вывозится более 45 млн м3 коры [1]. Если учесть, что в процессе окорки бревен вместе с корой снимается и часть древесины, то общий объем отходов окорки может исчисляться еще большими цифрами. В настоящее время отходы окорки в незначительных количествах используются на сжигание и в сельском хозяйстве [2]. Основную же их массу вывозят в отвалы, загрязняющие водные бассейны экстрактивными веществами и продуктами распада коры. В сухом виде эти отходы в отвалах представляют большую пожарную опасность для близлежащих строений и лесных массивов.

Реальные возможности организации промышленной утилизации коры имеются на предприятиях целлюлозно-бумажного производства (ЦБП), где в больших количествах производится окорка древесины. Здесь при сухой окорке в барабанах кора мелко диспергируется с преобладанием мелких частиц, полученных при истирании коркового слоя. Вместе с корой от ствола отделяется часть древесины в виде отщепов и волокна, в составе отходов окорки может находиться до 15-20% древесины. Общее количество отходов окорки лиственницы достигает 25,5% объема ствола древесины [2].

Одним из рациональных направлений использования отходов окорки может быть их пирогенетическая переработка с получением ряда пользующихся спросом продуктов, важнейшим из которых является уголь, близкий к древесному. Основные потребители древесного угля - химическая промышленность, производящая из него различные виды активных углей, и металлургические заводы, где он используется в качестве восстановителя.

Переработка древесного сырья пиролитическими методами имеет ряд особенностей, обусловленных его происхождением. Из литературных источников [3-18] следует, что кора по своим механическим

Автор, с которым следует вести переписку.

свойствам, анатомическому строению и химическому составу существенно отличается от древесины. Поэтому, как правило, традиционные промышленные методы термической переработки древесины неприемлемы для переработки отходов окорки. Одним из требований этих технологий являются требования к механической прочности и гранулометрическому составу используемого сырья. По этим показателям отходы окорки, имеющие низкую механическую прочность и большую дисперсность фракционного состава существенно уступают древесному сырью, используемому при пиролизе, а также по качеству получаемых из них углей. Угли из отходов сухой окорки в сравнении с древесными углями практически не имеют механической прочности и по фракционному составу не удовлетворяют требованиям действующих стандартов. Слабая механическая прочность отходов окорки обусловлена низкой механической прочностью коры, в то время как входящая в состав отходов древесина обладает значительно большей механической прочностью, чем кора. Вместе с тем, большая часть древесины в отходах, отделена от коры, и в таком виде не придает им прочности. Переработка полидисперсного сырья имеет ряд технологических особенностей, обусловленных необходимостью применения в большинстве случаев различных технологических режимов.

Обсуждение результатов

Чтобы выбрать рациональные методы промышленной переработки отходов окорки, важно иметь представление о их строении, фракционном составе и свойствах. Фракционный состав отходов окорки представлен в таблице 1. В качестве сырья для исследования были взяты отходы сухой окорки лиственницы сибирской Селенгинского целлюлозно-картонного комбината.

Как видно из таблицы 1, значительная часть отходов (43%) приходится на фракции, отличные по размерам от основной (5-10 мм), что обусловливает полидисперсность отходов окорки. Соотношение фракций 1-5 : 5-3 : 10-20 мм близко к соотношению 1 : 2 : 1. Технологичной можно считать фракцию менее 20 мм, так как на нее приходится около 90% отходов окорки.

Из анализа химического состав следует, что кора дерева по содержанию компонентов значительно отличается от древесины, так, в коре лиственницы содержится основного углеобразующего компонента лигнина 40-50%, а в ее древесине значительно меньше - 28-30%, целлюлозы соответственно: в коре лиственницы - 25%, в древесине лиственницы - 40%, минеральных компонентов в коре хвойных пород -2,1-2,4%, в древесине - 0,5-1,1%. В составе коры также имеются вещества, которых нет в древесине, например, суберин с содержанием 2,5-3,5% [3-8]. В связи с этим химический состав отходов окорки зависит от процентного содержания в них коры и древесины.

Немаловажное значение для получения углеродных продуктов имеет капиллярно-пористое строение исходного сырья. Макроструктура древесно-угольных продуктов формируется в процессе пирогенетической обработки на основе анатомического строения используемых видов древесного сырья. Поэтому значительный интерес представляет связь анатомического строения коры и пирогенетических продуктов ее переработки. Образцы отходов окорки и полученных углей изучались с помощью электронного микроскопа РЭМ-100У при увеличениях 500, 1000, 2000 кратности. На рисунке 1 представлен снимок поперечного среза участка коры лиственницы сибирской.

Таблица 1. Фракционный состав отходов сухой окорки лиственницы сибирской

№ п/п Размер частиц, мм Содержание, % мас.

1 менее 1 10

2 от 1 до 5 15

3 от 5 до 10 57

4 от 10 до 20 8

5 от 20 10

Получение углеродных материалов из отходов ...

65

Рис. 1. Микрофотография поперечного среза коры

лиственницы сибирской

На левой части снимка 1 хорошо видны занимающие основное пространство сечения слои вытянутых пробковых клеток феллемы, которые являются основной составной частью коры и имеют тонкие непрочные стенки. Во флоэме - лубяной части коры (правая часть снимка), находятся крупные паренхимные клетки, размеры которых достигают 100-150 мкм и занимают значительное пространство среза. Между паренхимными клетками находятся отдельными рядами (по 4-12 в ряд) мелкие ситовидные клетки размерами в сечении 15-40 мкм. Ситовидные клетки имеют механически непрочные нелигнофицированные целлюлозные оболочки [7-10]. Многоугольники каменистых клеток (склереид) фелодермы с утолщенными лигнофицированными стенками занимают в коре хвойных пород долю до 26% площади и имеют поперечное сечение 50-130 мкм [7-10]. Каменистые клетки вместе с лубяными волокнами придают основные механические свойства коре. Наличие в структуре большого количества непрочных клеток обусловливает слабую механическую прочность как самих отходов, так и получаемых из них углей. В данном случае повысить прочность получаемых углей из отходов окорки можно, снизив объемный процент содержания пробковых и ситовидных клеток в исходной коре и тем самым увеличив содержание каменистых клеток и лубяных волокон. Важной качественной характеристикой углеродных материалов наряду с механической прочностью является их пористость. Количество прочных клеток отходов сухой окорки вполне может в дальнейшем обеспечить необходимую пористость получаемых из них углей. Для эффективного получения качественных древесно-угольных материалов необходимо использовать исходное древесное сырье одной крупности. Процессом, придающим отходам окорки одинаковую крупность, а также повышающим их механическую прочность, может быть прессование при получении брикетов.

1. Отходы сухой окорки являются перспективным крупнотоннажным сырьем, мало использующимся в промышленности. Препятствием для пиролитической переработки отходов сухой окорки является разнородность их фракционного состава и низкая механическая прочность полученных из них углеродных материалов.

2. Процентное содержание коры и древесины отходов сухой окорки определяет их химический состав, выход и качество продуктов пиролиза.

3. Доля непрочных клеток отходов сухой окорки хвойных пород составляет менее 74%, механическую прочность отходов сухой окорки и получаемым из них углеродным материалам, в основном придают каменистые клетки и лубяные волокна коры и клетки древесины, входящие в их состав.

Выводы

Список литературы

1. Житков А.В. Утилизация древесной коры. М., 1985. 135 с.

2. Никишов В.Д. Комплексное использование древесины. М., 1985. 263 с.

3. Веретенник Д.Г. Использование древесной коры в народном хозяйстве. М., 1976. 120 с.

4. Богомолов Б. Д. Химия древесины и основы химии высокомолекулярных соединений. М., 1973. 400 с.

5. Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы. М.; Л., 1962. 711 с.

6. Гвоздева Е.Н., Артемьева И.С., Леванова В.П. Химический состав коры лиственницы сибирской (Larix sibirica) // Химия древесины. 1979. №3. С. 100-102.

7. Фенгел Д., Вегенер Г. Древесина (химия, ультраструктура, реакции). М., 1988. 511 с.

8. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. М., 1986. 368 с.

9. Howard E.T. // Wood Sci. 1971. №3. P. 134-148.

10. Howard E.T. // Wood Fiber. 1977. №9. P. 171, 183.

11. Nakano H. and Cote W.A. Bark Structure of Hardwoods Grown on Southern Pine Sites Syracuse University Press, Syracuse N.Y., 1980.

12. Cassens D.L. // For. Prod. J. 1974. V. 24. №4. P. 40-44.

13. Martin R.E. // For. Prod. J. 1969. V. 19. №8. P. 23-30.

14. Esau K. Structure and Development of the Bark in Dicotyledons // In: Formation of Wood in Forest trees. New York, 1964. P. 37-50.

15. Esau K. Plant Anatomy, 2 nd Ed., New York; London, 1965.

16. Nakano H. and Cote W.A. Bark Structure of Hardwoods Grown on Southern Pine Sites. Syracuse N.Y., 1980.

17. Parameswaran N. and Liese W. Mikroskopie der Rinde tropischer Holzarten. In: Handbuch der Mikroskope. UmschauVerlag, Frankfurt/M., 1970. V. 5. №1. P. 227-306.

18. Srivastava L.M. // Int. Rev. For. Res. 1964. №1. P. 203-277.

Поступило в редакцию 11 февраля 2002 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.