ПОЛУЧЕНИЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ ОТХОДОВ ЯЧМЕНЯ

Кондаленко О. А.¹, Степанова С. В.², Шайхиев И. Г.³

¹аспирант, ²кандидат технических наук, доцент, ³доктор технических наук, зав. кафедрой инженерной экологии ФГБОУ ВПО «КНИТУ»

ПОЛУЧЕНИЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ ОТХОДОВ ЯЧМЕНЯ

Аннотация

Определены условия получения целлюлозы из отходов злаковых культур. Исследовано, что при использовании способа натронной варки получения целлюлозы из семенных оболочек ячменя можно выделить целлюлозный продукт с выходм 38,09 %.

Ключевые слова: семенные оболочки ячменя, целлюлозный продукт, натронная варка

Kondalenko O¹. Stepanova S². Shayhiev I.³

¹Postgraduate stuent; ²PhD in Technical, assosiate professor, ³Doctor of Technical Sciences, head of Environmental Engineering department "KNRTU"

CELLULOSE PRODUCTION FROM WASTE of BARLEY

Abstract

Conditions of receiving cellulose from a waste of cereal cultures are defined. It is investigated that when using a way alkaline pulping of receiving cellulose from seed covers of cereal cultures it is possible to allocate cellulosic products in the following quantity: from barley’s seed covers – 38,09 %.

Keywords: barleys’ seed covers, cellulose, alkaline pulping

Дефицит ресурсов хвойной и лиственной пород древесины создает проблему расширения сырьевой базы целлюлозно-бумажной промышленности. Использование в качестве сырьевой базы однолетних растений позволяет решить данный вопрос. Отходы крупяных и злаковых культур являются ценным сырьем для получения целлюлозы.

За рубежом проведены исследования по получению целлюлозы из таких видов сырья, как абака, джут, сизаль, солома ржи и сои [1]. В России ведутся научные изыскания в области переработки отходов злаковых культур, в частности плодовых оболочек овса [2].

В настоящее время недревесное растительное сырье, в частности, отходы сельскохозяйственных культур не находят квалифицированного применения, так как большая часть их остается на полях и обычно сжигается, тем самым, причиняя экологический ущерб окружающей среде.

Следует отметить, что для Республики Татарстан проблема утилизации сельскохозяйственных отходов также является актуальной.

Вместе с тем отходы сельского хозяйства – это сырье, в котором содержание целлюлозы может достигать 50 %. Подходя к вопросу переработки сельскохозяйственных отходов в целлюлозу, можно решить одновременно две задачи: их утилизация и получение ценного продукта с минимальными затратами.

Применяемые в промышленности и исследованные в полузаводских условиях методы получения целлюлозы довольно многочисленны.

Получение целлюлозы из отходов деревопереработки и недревесного растительного сырья возможно, как традиционными щелочными способами делигнификации, так и современными, например, окислительно-органосольвентными.

Целью данного исследования является анализ целлюлоз из семенных оболочек злаковых культур, в частности ячменя, Республики Татарстан (урожай 2012 года), полученных классическим способом – натронной варкой. Известно, что данный способ позволяет перерабатывать на целлюлозу и полуцеллюлозу любые древесные породы и однолетние растения [3].

Зольность исходного сырья составила 1,73 %, содержание лигнина и пентозанов – 30,56 и 28,16 % соответстенно.

На первой стадии семенные оболочки ячменя (СОЯ) подвергали процессу делигнификации путем обработки раствором NaOН при температуре не менее 70 °С. Эксперимент проводили при различных концентрациях щелочи – 20, 40, 60 г/л и времени выдержки 10 и 20 минут. Целлюлозный продукт далее подвергли процессу делигнификации в смеси ледяной уксусной кислоты и пероксида водорода (УК:ПВ) в различных соотношениях. Результаты варки представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Влияние условий варки на выход целлюлозы из СОЯ

Концентрация NaOH, г/л	Продолжительность варки, мин	УК:ПВ	Выход, %
60	10	1:1	38,09
		2:1	34,40
		1:2	30,54
	20	1:1	32,25
		2:1	30,84
		1:2	33,96
40	10	1:1	33,39
		2:1	26,55
		1:2	32,72
	20	1:1	32,96
		2:1	32,91
		1:2	31,78
20	10	1:1	30,76
		2:1	30,10
		1:2	29,51
	20	1:1	31,67
		2:1	30,98
		1:2	30,21

Из таблицы 1 следует, что оптимальными условиями для получения целлюлозы из СОЯ являются следующие: концентрация NaOH 60 г/л, продолжительность варки 10 минут, УК:ПВ = 1:1, при этом выход целлюлозы составил 38,09%. Содержание пентозанов и лигнина в данном образце не превышало 11 %.

Полученный таким образом целлюлозный продукт исследован методом электронной микроскопии. Образцы предварительно покрывались слоем золота. Результаты представлены на рисунке 1.

а)	б)

Рисунок 1. Микрофотографии целлюлозы, полученной из СОЯ: а)исходная; б) измельченная

Электронно-микроскопические исследования показали наличие сложной морфологической структуры у исследованного образца, состоящих из более тонких ее образований с поперечными размерами 10-20 мкм.

Таким образом, названное сырье является перспективным источником для получения целлюлозы, которая является одним из самых широко используемых сырьевых материалов в различных отраслях промышленности.