CC BY
48
Химия растительного сырья. 2022. №3. С. 283-290. DOI: 10.14258/jcpim.20220310900
Технологии
УДК 676.163.023.1
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БЕСХЛОРНОЙ ОТБЕЛКИ СУЛЬФИТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
© Ф.Х. Хакимова1 *, Ю.В. Шитикова2, О.А. Носкова1, К.А. Синяев1
1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский проспект, 29, Пермь, 614990 (Россия), e-mail: [email protected]
2 ООО «Промышленная целлюлоза», ул. Сибирская, 32, Пермь, 614016 (Россия)
Разработана экологичная бесхлорная технология получения древесной сульфитной растворимой целлюлозы с использованием только одного окислительного отбеливающего реагента - пероксида водорода: нетрадиционная катализируемая пероксидная делигнификация и отбелка пероксидом водорода. Полученные в результате исследований условия варки, делигнификации, облагораживания и отбелки еловой сульфитной целлюлозы, а также удачные сочетания условий всех ступеней, позволили получить по одной технологии два вида растворимой целлюлозы: по короткой схеме, включающей ступень делигнификации и горячего щелочного облагораживания, получена растворимая целлюлоза для нитрования (для пороха); продолжением этой схемы отбелкой пероксидом водорода в две ступени получена вискозная целлюлоза. Использование такой технологии позволит реализовать двойное импортозамещение - по сырью (древесина вместо хлопка) и по готовой продукции (целлюлоза для химической переработки - для нитрования и вискозная, которые в настоящее время импортные).
Ключевые слова: древесина, целлюлоза для нитрования, вискозная целлюлоза, TCF-технология, пероксид водорода, показатели качества, импортозамещение, нормы ГОСТов.
Введение
Целлюлозно-бумажная промышленность вырабатывает волокнистую целлюлозу для производства различных видов бумаги и картона, а также специальные виды растворимой целлюлозы со строго определенными специфическими свойствами, предназначенные для химической переработки (ХП). Целлюлоза эта отличается высоким содержанием альфа-целлюлозы, высокой химической чистотой (минимальным содержанием нецеллюлозных примесей - гемицеллюлоз, лигнина, экстрактивных и минеральных веществ), относительно невысокой степенью полимеризации, небольшой вязкостью растворов целлюлозы, молекулярной однородностью и необходимой реакционной способностью [1, 2].
Требуемые характеристики формируются в процессах варки, отбелки и облагораживания целлюлозы.
Наилучшим сырьем для химической переработки является хлопковая и древесная растворимая целлюлоза. Хлопковая целлюлоза является импортируемым дорогостоящим и дефицитным сырьем и часто не-
Хакимова Фирдавес Харисовна - доктор технических удовлетворительного качества [3]. Производство
наук, профессор, профессор аэрокосмического __ ~ _
древесной растворимой целлюлозы в промышлен-
факультета, e-mail: [email protected]
Шитикова Юлия Владимировна - генеральный директор, ных масштабах в России приостановлено, тогда
e-mail: [email protected] как в зарубежной практике получение такой цел-
Носкова Ольга Апексеевна - кандидат технических тук люлозы востребовано и широко распространено,
доцент, доцент факультета химических технологий, промышленной экологии и биотехнологий, e-mail: [email protected] Широкий спектр продуктов, производимых из цел-
Синяев Константин Андреевич - кандидат технических люлозы, определяет необходимость постоянного наук, доцент, доцент химико-технологического факультета, e-mail: [email protected]
так как спрос на данный вид целлюлозы велик [4]. Широкий спектр продукта люлозы, определяет необх роста ее производства [5].
* Автор, с которым следует вести переписку.
Соответственно, актуальной является разработка современных технологий получения древесной целлюлозы для химической переработки и возобновление в России производства растворимой целлюлозы.
Сульфитная мягкая целлюлоза из еловой древесины до сих пор остается основным полуфабрикатом при получении растворимой целлюлозы для ХП. Этому способствуют более высокий выход сульфитной мягкой целлюлозы, низкое содержание в ней пентозанов, относительно легкоудаляемых, большая равномерность по молекулярной массе. Небеленая целлюлоза, предназначенная для ХП, в частности для получения вискозной целлюлозы, должна быть глубоко и равномерно проварена с использованием варочной кислоты с пониженным содержанием связанного SO2 [6].
Мировая тенденция развития технологии целлюлозы - внедрение экономичных и экологически более безопасных способов отбелки целлюлозы [7, 8]. К настоящему времени этим требованиям в известной мере удовлетворяет получение беленой целлюлозы без применения молекулярного хлора по ECF (Elemental Chlorine Free) - и без хлорсодержащих реагентов по TCF (Total Chlorine Free) - технологиям [7]. Целесообразность использования того или иного варианта оценивается соответственно в первую очередь с точки зрения экономичности и экологической безопасности схемы отбелки [8, 9].
Традиционно ECF-отбелка целлюлозы включает кислородно-щелочную делигнификацию (КЩО), использование которой (вместо хлорно-щелочной) в некоторой степени снижает отрицательное воздействие на окружающую среду в результате исключения из отбелки молекулярного хлора и устранения из отработанных щелоков токсичных соединений хлора и хлорлигнина. Однако при КЩО отмечается появление токсичных веществ в газовых выбросах [10].
Экологически более безопасной представляется делигнификация пероксидом водорода.
В современных схемах отбелки целлюлозы пероксид водорода часто используется как белящий реагент. Однако известно, что пероксид водорода может быть использован в отбелке целлюлозы в качестве делигнифицирующего реагента как в щелочной, так и в кислой среде [11, 12], т.е. можно считать, что возможна отбелка целлюлозы по полной схеме с использованием одного окислительного реагента - пероксида водорода.
В исследованиях по отбелке целлюлозы на кафедре «Технология целлюлозно-бумажного производства» (ТЦБП) Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) для более глубокой делигнификации разработана схема с использованием на первой ступени процесса обработки целлюлозы пероксидом водорода в кислой среде с обязательной последующей щелочной обработкой (Пк-Щ) [12, 13]. Процесс катализируемый, но значительно проще, чем КЩО, так как проводится при атмосферном давлении. Поэтому делигнифицирующая часть схемы отбелки целлюлозы для ХП в данной работе принята Пк-Щ.
При получении сульфитной целлюлозы для ХП в схему отбелки после делигнифицирующих ступеней включается горячее щелочное облагораживание, которое переводит в раствор гемицеллюлозы, низкомолекулярные фракции (продукты распада) целлюлозы, остаточный лигнин, смолы, что приводит к повышению содержания в целлюлозе альфа-целлюлозы и, соответственно, связано с большими химическими потерями волокна - до 25% [14].
Экспериментальная часть
Задача работы - разработка экологичной TCF-технологии получения сульфитной древесной растворимой целлюлозы (вискозной и для нитрования) с целью решения вопросов импортозамещения в производстве этих продуктов по сырью (древесина вместо хлопка) и по целлюлозе для ХП - оба вида целлюлозы в настоящее воемя - импортный продукт; для делигнификации и отбелки целлюлозы принят один оксили-тельный реагент - пероксид водорода.
Небеленую целлюлозу для исследований и варочную кислоту получали в лабораторных условиях: варки - в автоклавах вместимостью 2 л с электрообогревом из производственной щепы древесины ели; варочную кислоту - поглощением газа SO2 раствором NaOH. Состав варочной кислоты: массовая доля всего SO2 8.2-8.4%, связанного SO2 (основания) 0.81-0.85%.
Условия варки: температура - 140 °С, гидромодуль - 5.2-5.6, общая продолжительность варки - 360 мин. Режим варки целлюлозы для исследования отбелки и облагораживания целлюлозы для ХП разработан ранее на кафедре ТЦБП ПНИПУ [15].
Целлюлоза для исследований получалась смешением целлюлоз отдельных варок.
Технология отбелки и облагораживания основана на разработанных ранее на кафедре ТЦБП БСБ-и ТСР-технологиях отбелки целлюлозы для бумаги [12, 13].
После предварительных исследований по отбелке сульфитной мягкой целлюлозы с невысокой долей лигнина приняли ТСБ-схему отбелки и облагораживания целлюлозы для ХП: Пк-Щ-ГО-П1-П2-К. Структурная схема (рис.) приняла следующий окончательный вид (с включением различных вариантов добелки целлюлозы).
Все схемы отбелки завершаются ступенью «К» (кисловкой) - ступень традиционная, в число ступеней отбелки не входит.
Особенность разработанной ТСБ-технологии - использование всего одного окислительного отбеливающего реагента - пероксида водорода.
Необычен и вариант делигнификации целлюлозы (Пк-Щ) - пероксидом водорода в кислой среде с обязательной последующей щелочной обработкой [16].
В кислой среде действие пероксида водорода основано на образовании иона гидроксония НО+ - сильного окислителя. Однако ступень Пк с целью ускорения процесса и повышения эффективности делигнификации является катализируемым [11, 17, 18]. В качестве катализатора нами применялся молибдат натрия (№2Мо04), который интенсивно катализирует также процесс разложения пероксида водорода [11, 19]. Исходя из этого, на ступени Пк, кроме пероксида водорода и катализатора, для создания кислой среды (рН=3.5-4.4) применялась добавка в отбельный раствор серной кислоты, которая проявляет высокую каталитическую активность в отношении делигнификации и при этом стабилизирует пероксидный раствор, вследствие чего уменьшаются потери пероксида водорода на побочную реакцию разложения. Таким образом, проявляется эффект синергизма в каталитической системе «молибдат натрия - серная кислота» [11, 17].
Условия делигнификации также разработаны на кафедре ТЦБП ранее.
Условия горячего облагораживания целлюлозы - общепринятые.
В работе использовали следующие стандартные методы анализа целлюлозы: определение степени провара (перманганатным методом) - ГОСТ 9109, массовой доли лигнина в целлюлозе - ГОСТ 11960, белизны - ГОСТ 30437-96, вязкости 1%-го медно-аммиачного раствора целлюлозы - ГОСТ 14363.2, массовой доли в целлюлозе: альфа-целлюлозы - ГОСТ 6840, смол и жиров - ГОСТ 6841.
Обсуждение результатов
Для исследований отбелки и облагораживания использована сульфитная целлюлоза лабораторных варок после сортирования и отделения небольшого количества мелкого волокна.
Результаты варок целлюлозы для ХП и характеристики полученных образцов целлюлозы приведены в таблице 1.
Получены образцы целлюлозы весьма глубокой степени провара (40-44 п.е.), как это принято при получении целлюлозы для ХП.
Н:0; II, 504 катализатор
>'аОН
КаОН
I
дели гн и ф и кадия
Небеленая отсортиро- Пк обработка пероксидом водорода в кислой среде 1
про- ш щелочение про-
ванная цел-" люлоза мывка мывка
ГО
про- горячее ще-
мывка лочное обла-
гораживание
П - К - пероксидная отбелка в одну ступень
Схема I
П1 - П; - К - двухступенчатая пероксидная отбелка
ГГ - К - П; - К - двухступенчатая пероксидная отбелка с промежуточной кисловкой
Схема 2 Схема 3
Структурная схема отбелки и облагораживания сульфитной еловой целлюлозы для химической переработки
Величины выхода целлюлозы свидетельствуют о весьма мягких условиях варки, т.е. без значительной гидролитической деструкции целлюлозы. Подтверждается это и величинами вязкости полученных образцов целлюлозы.
Массовая доля смол и жиров обычная для хвойной сульфитной целлюлозы.
В целом по степени провара и другим показателям образцы целлюлозы оказались пригодными для исследований отбелки и облагораживания с целью получения целлюлозы для ХП.
Следующий этап работы - получение делигнифицированной и облагороженной целлюлозы для исследований условий конечных ступеней отбелки целлюлозы с получением показателей качества, удовлетворяющих нормам для вискозной целлюлозы.
Проведены исследования по схеме отбелки и облагораживания, по расходам химикатов и условиям обработки целлюлозы применительно к мягкой сульфитной целлюлозе (степень провара 40-45 п.ед.). Условия щелочения целлюлозы (после пероксидной обработки в кислой среде) и горячего щелочного облагораживания - традиционные.
В таблице 2 представлены результаты лабораторных делигнификаций и облагораживания партии образцов целлюлозы в процессе исследования условий делигнификации.
В результате исследований получены оптимальные условия обработки целлюлозы на ступени Пк. Расходы реагентов в процентах от абсолютно сухой целлюлозы: Н2О2 - 3.0-3.5, И2804 - 0.30-0.35, катализатора - 0.2; рН отбельной ванны - 3.24-3.5; температура процесса - 60 °С; продолжительность - 150 мин; концентрация массы - 10%.
Из результатов делигнификации целлюлозы по схеме (Пк-Щ) следует, что процесс протекает при весьма мягких условиях - потери целлюлозы составляют всего 1.5-2.3%, из которых ~1% приходится на лигнин; деструкция углеводов - минимальная; степень делигнификации ~55%. Это говорит о высокой селективности принятого пероксидного способа делигнификации целлюлозы.
Таблица 1. Результаты сульфитных варок целлюлозы для химической переработки
Результаты сульфитных варок и характеристики образцов целлюлозы Значения показателей
Результаты варок
Выход целлюлозы, % от древесины:
- общий 47.5-48.0
- сучков и непровара 1.6-2.3
- сортированной целлюлозы (с учетом отделения мелкого волокна) 44.6-44.3
- отделено мелкого волокна 1.5-1.7
Показатели целлюлозы
Степень провара, п.ед. 40-44
Массовая доля в целлюлозе, %:
- смол и жиров 1.37-1.43
- лигнина 1.42-1.70
Вязкость 1.0%-го медно-аммиачного раствора целлюлозы, мПас 72-80
Таблица 2. Характеристика образцов делигнифицированной и облагороженной целлюлозы
Образцы целлюлозы Требования
Показатели целлюлозы небеленой после ступени Пк-Щ отбеленной по схеме Пк-Щ-ГО к целлюлозе для нитрова-
А Б ния [20]
Выход целлюлозы, %:
- от небеленой целлюлозы 97.7-98.5 80.2-84.5 83.5
- от древесины 43.7-44.0 35.8-37.8 37.4
Степень делигнификации, % - 54.1-56.3 73.2-83.0 82.1
Белизна, % 73.8-74.0 73.9
Вязкость медно-аммиачного раствора целлюлозы, мПа^с 72-80 39.0-50.8 44.9-59.6 50.8 30-55
Массовая доля в целлюлозе, %:
- альфа-целлюлозы 80.3-85.0 81.7-86.5 90.7-96.7 94.8 не менее 93
- лигнина 1.42-1.70 0.62-0.78 0.27-0.49 0.28 не более 0.4
- смол и жиров 1.37-1.43 1.11-1.20 0.28-0.33 0.33 не более 0.4
Примечание. Показатели образцов целлюлозы, полученных: А - при различных условиях делигнификации по расходам реагентов и величинам рН; Б - при оптимальных условиях делигнификации.
В процессе горячего щелочного облагораживания потери целлюлозы составили 14.5% вследствие перехода в раствор гемицеллюлоз, низкомолекулярных фракций целлюлозы, смол и жиров, а в нашем случае существенно уменьшается и массовая доля лигнина в целлюлозе. Однако такие потери волокна свидетельствуют о довольно мягком воздействии щелочи на целлюлозу после нетрадиционной пероксидной делигни-фикации, так как обычно потери волокна выше и могут составлять 20-25%.
В таблице 2 приведены также результаты отбелки и облагораживания целлюлозы в случае делигни-фикации при оптимальных условиях и нормы требований к целлюлозе для нитрования, сравнение которых ясно показывает, что отбелка и облагораживание мягкой целлюлозы со степенью провара 40-45 п. ед. по разработанной технологии всего за 3 ступени обработки позволяет получить целлюлозу, удовлетворяющую требованиям на целлюлозу для нитрования по всем показателям качества. Белизна целлюлозы - 74%, но требования по этому показателю к целлюлозе для нитрования не предъявляются.
Таким образом, по схеме Пк-Щ-ГО получена древесная сульфитная растворимая целлюлоза с показателями качества, соответствующими нормам к целлюлозе для нитрования «Целлюлоза древесная ЦА марки К» [20].
Задача следующего этапа работы - исследования схемы и условий отбелки (добелки) вискозной целлюлозы пероксидом водорода. Поскольку получение вискозной целлюлозы по TCF-технологии без применения озона и кислорода отбелкой с одним окислительным реагентом - пероксидом водорода - задача весьма сложная, установить, во-первых, вообще возможность получения вискозной целлюлозы отбелкой только пероксидом водорода, и во-вторых, если возможно, то отбелкой в сколько ступеней - в одну или две ступени, т.е. по какому из ожидаемых вариантов, приведенных на рисунке.
Для исследований приняты два варианта схем добелки (отбелки) пероксидом водорода: П-К; П1 -П2-К.
В результате предварительных исследований традиционные условия отбелки пероксидом водорода (расходы пероксида водорода и других компонентов отбельного раствора, условия температуры и рН) были изменены в соответствии с тем, что отбелке подвергалась целлюлоза после горячего щелочного облагораживания, и в зависимости от числа ступеней отбелки.
Результаты отбелок целлюлозы приведены в таблице 3. Результаты отбелки целлюлозы по схемам 1 и 2 показали недостаточную белизну беленой целлюлозы по схеме 1 (норма для древесной вискозной целлюлозы >90%). По схеме 2 отбелка проводилась в две ступени в традиционной щелочной среде, однако в процессе отбелки на второй ступени пероксид водорода расходовался очень плохо (остаточного пероксида водорода 80%), а белизна целлюлозы была на нижнем пределе требований.
Возникла необходимость проводить между ступенями отбелки пероксидом водорода кислотную обработку, т.е. в схеме использовано чередование щелочных и кислых ступеней обработки - прием, часто используемый в отбелке целлюлозы с целью повышения эффективности процесса отбелки (схема 3). В этом случае пероксид водорода на второй ступени отбелки расходовался легко и результаты отбелки оказались положительными.
Величины выхода беленой целлюлозы по всем схемам практически одинаковые и свидетельствуют о мягких условиях отбелки и облагораживания без заметной деструкции целлюлозы.
Белизна целлюлозы, отбеленной по схеме 3, соответствует требованиям для вискозной целлюлозы.
Таблица 3. Результаты отбелок пероксидом водорода делигнифицированной и облагороженной древесной сульфитной целлюлозы
Схемы отбелки (добелки) целлюлозы Нормы ГОСТ
после стадий делигнификации и обла- 5982-84
Показатели гораживания (Пк-Щ-ГО-) «Целлюлоза
-П-К -П1-П2-К -П1-К1-П2-К2 сульфитная
(схема 1 ) (схема 2) (схема 3) вискозная»
Выход беленой целлюлозы, % от небеленой 79.6 79.6 79.7 -
Расход пероксида водорода, % от абсолютно сухого волокна 2.0 2.0 + 0.8 2.0 + 0.6 -
Белизна целлюлозы, % 88.8 90.6 91.6 >90
Вязкость 1% медно-аммиачного раствора целлюлозы, мПас 25.2 23.7 22.6 24.0±2.5
Массовая доля в целлюлозе, %:
- остаточного лигнина 0.083 0.050 0.030 -
- альфа-целлюлозы 94.5 94.1 94.0 >92
- смол и жиров 0.13 0.13 0.13 <0.30
В таблице 3 приведены показатели массовой доли лигнина в готовой целлюлозе. При получении вискозной целлюлозы лигнин должен быть удален возможно полнее. По данным таблицы 3, удаление лигнина в процессе отбелки и облагораживания достаточно полное - остаточное содержание лигнина в готовой целлюлозе может быть охарактеризовано как «следы».
Из данных таблицы 3 следует, что отбелкой облагороженной целлюлозы только пероксидом водорода получена целлюлоза, по всем показателям качества соответствующая требованиям ГОСТ 5982-84 на вискозную целлюлозу I сорта. Облагораживанием целлюлозы после необычной пероксидной делигнификации получены высокие величины содержания в целлюлозе альфа-целлюлозы и весьма низкие доли в целлюлозе смол и жиров. Благоприятные сочетания условий получения (варки), последующей делигнификации, отбелки и облагораживания позволили получить целевые показатели вязкости целлюлозы, которые обычно требуют специального регулирования (традиционно включением в схему отбелки целлюлозы гипохлорит-ной ступени).
Таким образом, в результате исследований кафедрой ТЦБП разработаны весьма благоприятные условия варки, отбелки и облагораживания сульфитной еловой целлюлозы, удачные сочетания которых на всех этапах получения растворимой целлюлозы привели к получению на этапе первых ступеней обработки (делигнификации и облагораживания) целлюлозы для нитрования, а на дальнейших ступенях отбелки (до-белки) - вискозной целлюлозы. Главная особенность разработанной технологии - TCF-технология с использованием только одного экологически безопасного окислительного отбеливающего реагента - пероксида водорода в необычных условиях (в кислой среде) и в традиционной щелочной среде.
Результаты исследований и предлагаемые две экологичные TCF-схемы отбелки и облагораживания целлюлозы для нитрования и вискозной целлюлозы позволяют решить вопрос двойного импортозамещения - по сырью (древесина вместо хлопка) и по целлюлозе для химической переработки, причем по двум видам целлюлозы - вискозной и для нитрования.
Выводы
1. Разработана TCF-технология получения древесной сульфитной растворимой целлюлозы для нитрования с использованием одного окислительного отбеливающего реагента - пероксида водорода. Делигнифи-кация и облагораживание мягкой целлюлозы со степенью провара 40-45 п. ед. всего за три ступени обработки Пк-Щ-ГО-К (ступень К - кисловка в конце схемы не является ступенью отбелки) позволяет получать целлюлозу, удовлетворяющую требованиям к целлюлозе для нитрования по всем показателям качества.
2. Исследования по дополнению схемы отбелки делигнифицированной и облагороженной целлюлозы с целью получения растворимой (вискозной) целлюлозы привели к двухступенчатой добелке пероксидом водорода, и полная схема отбелки и облагораживания составила Пк-Щ-ГО-П1 -К-П2-К.
3. Разработанные благоприятные условия варки, делигнификации, облагораживания и отбелки еловой сульфитной целлюлозы на всех этапах обработки позволили получить растворимую целлюлозу с показателями качества, соответствующими требованиям ГОСТ 59823 на вискозную целлюлозу I сорта.
4. По TCF-технологии получены древесные сульфитные растворимые целлюлозы вискозная и для нитрования с использованием всего одного окислительного отбеливающего реагента - пероксида водорода.
5. Применение результатов работы на практике в промышленных условиях позволит решить проблему импортозамещения в производстве целлюлозы для химической переработки по сырью (замена хлопка древесиной) и по целлюлозам вискозной и для нитрования.
Список литературы
1. Косая Г.С. Производство сульфатной вискозной целлюлозы. М., 1966. 181 с.
2. Новожилов Е.В., Новожилов Е.В., Пошина Д.Н. Биотехнологии в производстве целлюлозы для химической переработки // Химия растительного сырья. 2011. №3. С. 15-32.
3. Якушева А. А. Нитраты целлюлозы: современное состояние за рубежом // Сборник материалов VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности». Бийск, 2013. С. 139-141.
4. Технология целлюлозно-бумажного производства. Справочные материалы. В 3-х т. Т. III. Автоматизация, стандартизация, экономика и охрана окружающей среды. Ч. 3. Наилучшие доступные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности. СПб., 2012. 294 с.
5. Шумный В.К., Колчанов Н.А., Сакович Г.В., Пармон В.Н., Вепрев С.Г., Нечипоренко Н.Н., Горячковская Т.Н., Брянская А.В., Будаева В.В., Железнов А.В., Железнова Н.Б., Золотухин В.Н., Митрофанов Р.Ю., Розанов А.С., Сорокина К.Н., Слынько Н.М., Яковлев В.А., Пельтек С.Е. Поиск возобновляемых источников целлюлозы для многоцелевого использования // Информационный вестник ВОГиС. 2010. Т. 14. №3. С. 569-577.
6. Непенин Н.Н., Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы. Т. 3. Очистка, сушка и отбелка целлюлозы. Прочие способы получения целлюлозы: учебное пособие для вузов. М., 1994. 592 с.
7. Аким Г.Л. Бесхлорная отбелка целлюлозы // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2001. №5-6. С. 24-28.
8. Сергеев А.Д., Атьман О.П., Сергеева И.В. Технико-экономическое и экологическое обоснование выбора оптимальных технологий ECF отбелки хвойной и лиственной целлюлозы // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2008. №2. С. 58-62.
9. Шпаков Ф.В., Неволин В.Ф. Основные направления совершенствования технологии производства беленых полуфабрикатов в России на пороге XXI века // Научно-техническая конференция РАР-FOR 98. СПб, 1998. С. 74-79.
10. Федорова Э.И., Кузиванова А.В. Проблемы отбелки сульфатной целлюлозы // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2007. №5. С. 52-54.
11. Полютов А.А., Пен Р.З., Бывшев А.В. Технология целлюлозы. Экологически чистое производство: учеб. пособие. Красноярск, 2012. 294 с.
12. Хакимова Ф.Х., Синяев К.А. Отбелка сульфатной целлюлозы пероксидом водорода и хлоритом натрия // Химия растительного сырья. 2013. №2. С. 57-62.
13. Хакимова Ф.Х., Нагимов Д.Р., Хакимов Р.Р., Носкова О.А. Новые решения в технологии бесхлорной отбелки целлюлозы // Журнал прикладной химии. 2013. Т. 86, вып. 10. С. 1565-1570.
14. Пен Р.З. Технология целлюлозы. Т. 2. Сульфитные способы получения, очистка, отбелка, сушка целлюлозы: учебное пособие для вузов. Красноярск, 2002. 358 с.
15. Хакимова Ф.Х., Носкова О.А., Котельников С.А., Синяев К.А. Получение природного полимерного материала для использования в энергонасыщенных композициях // Вестник Пермского национального политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2019. №1(56). С. 72-82.
16. Хакимова Ф.Х., Синяев К.А. Бесхлорная отбелка сульфатной лиственной целлюлозы пероксидом водорода // Химия растительного сырья. 2019. №1. С. 287-294.
17. Пен Р.З., Пен В.Р. Теоретические основы делигнификации. Красноярск, 2007. 348 с.
18. Демин В.А. Активация и окисление лигнина в процессах отбелки сульфатной целлюлозы. 1. Механизм активации и окисления пероксидом водорода // Химия древесины. 1994. №3. С. 29-37.
19. Парен А., Яакара Й. Использование пероксомолибдата при ECF-отбелке сульфатной целлюлозы // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1999. №1-2. С. 20-23.
20. Жегров Ф.Х., Милехин Ю.М., Берковская Е.В. Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 2. Технология: монография. М., 2011. 551 с.
Поступила в редакцию 19 января 2022 г.
Принята к публикации 3 февраля 2022 г.
Для цитирования: Хакимова Ф.Х., Шитикова Ю.В., Носкова О.А., Синяев К.А. Разработка технологии бесхлорной отбелки сульфитной целлюлозы для химической переработки // Химия растительного сырья. 2022. №3. С. 283-290. DOI: 10.14258/jcpim.20220310900.
Khakimova F.Kh.1*, Shitikova Yu.V.2, Noskova O.A.1, Sinyaev K.A.1 DEVELOPMENT TECHNOLOGY OF SULFITE PULP TCF BLEACHING FOR CHEMICAL PROCESSING
1 Perm National Research Polytechnic University, Komsomolsky Prospect, 29, Perm, 614990 (Russia),
e-mail: [email protected]
2 Promyshlennaya Tselulosa, Ltd., ul. Sibirskaya, 32, Perm, 614016 (Russia)
An environmentally friendly chlorine-free technology for producing wood sulfite soluble pulp using only one oxidizing bleaching agent - hydrogen peroxide has been developed: unconventional catalyzed peroxide delignification and hydrogen peroxide bleaching. The conditions of cooking, delignification, extraction and bleaching of spruce sulfite pulp obtained as a result of studies, as well as successful combinations of conditions of all stages made it possible to obtain two types of soluble pulp by one technology: soluble pulp for nitration (for gunpowder) was obtained under a short scheme including a delignification step and hot alkaline extraction; by continuing this scheme with hydrogen peroxide bleaching in two steps, viscose pulp was obtained. The use of this technology will make it possible to implement a double import substitution - in raw materials (wood instead of cotton) and in finished products (pulp for chemical processing - for nitration and viscose pulp, which are currently imported).
Keywords: wood, pulp for nitration, viscose pulp, TCF-technology, hydrogen peroxide, quality indicators, import substitution, GOST standards.
References
1. Kosaya G.S. Proizvodstvo sul'fatnoy viskoznoy tsellyulozy. [Production of sulfate viscose pulp]. Moscow, 1966, 181 p. (in Russ.).
2. Novozhilov Ye.V., Novozhilov Ye.V., Poshina D.N. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2011, no. 3, pp. 15-32. (in Russ.).
3. Yakusheva A.A. Sbornik materialov VI Vserossiy-skoy nauchno-prakticheskoy konferentsii studentov, aspirantov i molodykh uchenykh s mezhdunarodnym uchastiyem «Tekhnologii i oborudovaniye khimicheskoy, biotekhnologicheskoy i pishchevoy promyshlennosti». [Collection of materials of the VI All-Russian scientific-practical conference of students, graduate students and young scientists with international participation "Technologies and equipment of the chemical, biotechnological and food industry"]. Biysk, 2013, pp. 139-141. (in Russ.).
4. Tekhnologiya tsellyulozno-bumazhnogo proizvodstva. Spravochnyye materialy. V 3-kh t. T. III. Avtomatizatsiya, standartizatsiya, ekonomika i okhrana okruzhayushchey sredy. Ch. 3. Nailuchshiye dostupnyye tekhnologii v tsellyu-lozno-bumazhnoypromyshlennosti. [Technology of pulp and paper production. Reference materials. In 3 volumes. Vol. III. Automation, standardization, economics and environmental protection. Part 3. Best available technologies in the pulp and paper industry]. St. Petersburg, 2012, 294 p. (in Russ.).
5. Shumnyy V.K., Kolchanov N.A., Sakovich G.V., Parmon V.N., Veprev S.G., Nechiporenko N.N., Goryachkov-skaya T.N., Bryanskaya A.V., Budayeva V.V., Zheleznov A.V., Zheleznova N.B., Zolotukhin V.N., Mitrofanov R.Yu., Rozanov A.S., Sorokina K.N., Slyn'ko N.M., Yakovlev V.A., Pel'tek S.Ye. Informatsionnyy vestnik VOGiS, 2010, vol. 14, no. 3, pp. 569-577. (in Russ.).
6. Nepenin N.N., Nepenin Yu.N. Tekhnologiya tsellyulozy. T. 3. Ochistka, sushka i otbelka tsellyulozy. Prochiye sposoby polucheniya tsellyulozy: Uchebnoye posobiye dlya vuzov. [Pulp Technology. Vol. 3. Cleaning, drying and bleaching of pulp. Other methods of obtaining cellulose: Textbook for universities]. Moscow, 1994, 592 p. (in Russ.).
7. Akim G.L. Tsellyuloza. Bumaga. Karton, 2001, no. 5-6, pp. 24-28. (in Russ.).
8. Sergeyev A.D., At'man O.P., Sergeyeva I.V. Tsellyuloza. Bumaga. Karton, 2008, no. 2, pp. 58-62. (in Russ.).
9. Shpakov F.V., Nevolin V.F. Nauchno-tekhnicheskaya konferentsiyaRAR-FOR 98. [Scientific and technical conference PAP-FOR 98]. St. Petersburg, 1998, pp. 74-79. (in Russ.).
10. Fedorova E.I., Kuzivanova A.V. Tsellyuloza. Bumaga. Karton, 2007, no. 5, pp. 52-54. (in Russ.).
11. Polyutov A.A., Pen R.Z., Byvshev A.V. Tekhnologiya tsellyulozy. Ekologicheski chistoyeproizvodstvo: ucheb. po-sobiye. [Cellulose technology. Environmentally friendly production: textbook. allowance]. Krasnoyarsk, 2012, 294 p. (in Russ.).
12. Khakimova F.Kh., Sinyayev K.A. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2013, no. 2, pp. 57-62. (in Russ.).
13. Khakimova F.Kh., Nagimov D.R., Khakimov R.R., Noskova O.A. Zhurnalprikladnoy khimii, 2013, vol. 86, no. 10, pp. 1565-1570. (in Russ.).
14. Pen R.Z. Tekhnologiya tsellyulozy. T. 2. Sulftnyye sposoby polucheniya, ochistka, otbelka, sushka tsellyulozy: uchebnoye posobiye dlya vuzov. [Cellulose technology. Vol. 2. Sulfite methods for obtaining, cleaning, bleaching, drying of cellulose: a textbook for universities]. Krasnoyarsk, 2002, 358 p. (in Russ.).
15. Khakimova F.Kh., Noskova O.A., Kotel'nikov S.A., Sinyayev K.A. VestnikPermskogo natsional'nogopolitekhniche-skogo universiteta. Aerokosmicheskaya tekhnika, 2019, no. 1(56), pp. 72-82. (in Russ.).
16. Khakimova F.Kh., Sinyayev K.A. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2019, no. 1, pp. 287-294. (in Russ.).
17. Pen R.Z., Pen V.R. Teoreticheskiye osnovy delignifkatsii. [Theoretical foundations of delignification]. Krasnoyarsk, 2007, 348 p. (in Russ.).
18. Demin V.A. Khimiya drevesiny, 1994, no. 3, pp. 29-37. (in Russ.).
19. Paren A., Yaakara Y. Tsellyuloza. Bumaga. Karton, 1999, no. 1-2, pp. 20-23. (in Russ.).
20. Zhegrov F.Kh., Milekhin Yu.M., Berkovskaya Ye.V. Khimiya i tekhnologiya ballistitnykhporokhov, tverdykh raket-nykh i spetsial'nykh topliv. T. 2. Tekhnologiya: Monografiya. [Chemistry and technology of ballistic powders, solid rocket and special propellants. Vol. 2. Technology: Monograph]. Moscow, 2011, 551 p. (in Russ.).
Received January 19, 2022
Accepted February 3, 2022
For citing: Khakimova F.Kh., Shitikova Yu.V., Noskova O.A., Sinyaev K.A. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya, 2022, no. 3,
pp. 283-290. (in Russ.). DOI: 10.14258/jcprm.20220310900.
* Corresponding author.
