Pages Navigation Menu

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ЭЛ № ФС 77 - 80772, 16+

Страницы: 128-130 Выпуск: № 05(5) Часть 1 () Искать в Google Scholar
Цитировать

Цитировать

Электронная ссылка | Печатная ссылка

Скопируйте отформатированную библиографическую ссылку через буфер обмена или перейдите по одной из ссылок для импорта в Менеджер библиографий.
Вураско А. В. ПОЛУЧЕНИЕ ТВЕРДОФАЗНЫХ МАТРИЦ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ НЕДРЕВЕСНОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ / А. В. Вураско, Е. И. Фролова // Международный научно-исследовательский журнал. — 2012. — № 05(5) Часть 1. — С. 128—130. — URL: https://research-journal.org/technical/ptmnoscinrs/ (дата обращения: 21.09.2021. ).
Вураско А. В. ПОЛУЧЕНИЕ ТВЕРДОФАЗНЫХ МАТРИЦ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ НЕДРЕВЕСНОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ / А. В. Вураско, Е. И. Фролова // Международный научно-исследовательский журнал. — 2012. — № 05(5) Часть 1. — С. 128—130.

Импортировать


ПОЛУЧЕНИЕ ТВЕРДОФАЗНЫХ МАТРИЦ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ НЕДРЕВЕСНОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

ПОЛУЧЕНИЕ ТВЕРДОФАЗНЫХ МАТРИЦ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ НЕДРЕВЕСНОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Научная статья

Вураско А.В.¹, Фролова Е.И.²

1, 2 Уральский государственный лесотехнический университет, Екатеринбург, Россия

Аннотация

В статье рассмотрено – изучение сорбционных свойств целлюлозного материала  полученного из недревесного растительного сырья окислительным органосольвентным способом, возможность изготовления из целлюлозы твердофазных матриц. Оценка применения полученных твердофазных матриц для определения ионов тяжелых металлов в воде.

Ключевые слова: Целлюлоза, твердофазная матрица, органо-сольвентная варка.

Keywords: Cellulose, solid matrix, organosolventnaya pulping.

В современном мире химические тесты широко используются в экологической, промышленной, клинической или криминальной сферах и обеспечивают возможность простого и недорогого анализа – качественного, полуколичественного и количественного. Тест – системы для химического анализа представляют собой простые, портативные, лёгкие и дешёвые  аналитические средства и экспрессные методики для обнаружения и определения веществ без пробоподготовки, использования сложных стационарных приборов, лабораторного оборудования и самой лаборатории, без сложной обработки результатов и подготовленного персонала [1]. Принцип работы химических тест-методов – это использование аналитических реакций и реагентов в условиях и формах, обеспечивающих получение визуально наблюдаемого или легко измеряемого эффекта; это, например, интенсивность окраски бумаги или длина окрашенной части трубки. Реагенты используют в виде иммобилизованными на твёрдом носителе – матрице (бумаге, силикагеле, пенополиуретане и т.д.) [2].

Цель данной работы – получение твердофазной матрицы на основе технической целлюлозы из недревесного растительного сырья, полученной окислительным органосольвентным способом. Оценка возможности применения полученных твердофазных матриц для определения ионов тяжелых металлов в воде.

Для достижения цели решали следующие задачи: определение свойств технической целлюлозы из различных видов недревесного растительного сырья; выбор целлюлозы с высокими сорбционными, впитывающими или прочностными характеристиками; получение твердофазных матриц путем изготовления отливок из технической целлюлозы; оценка возможности использования полученных твердофазных матриц в качестве тест-средств для определения ионов тяжелых металлов в воде.

Для получения технической целлюлозы из недревесного растительного сырья использовали экологически малоопасный и высокоэффективный окислительно-органосольвентный способ делигнификации. В качестве объекта исследования использовали солому овса, гречихи и риса, а также шелуху овса и риса, известного химического состава [3].

Получение технической целлюлозы проводили в термостатированной круглодонной колбе, снабженной обратным холодильником, перемешивающим устройством и термометром, при следующих условиях:  расход равновесной перуксусной кислоты (рПУК) 0,4…0,8 г/г абсолютно сухого сырья (а.с.с.); подъем температуры до 90 оС – 30 мин; варка при температуре 90 оС – 90 мин; гидромодуль 1:10 [3, 4]. После процесса делигнификации техническую целлюлозу промывали, сортировали и анализировали. Результаты физико-химических показателей технической целлюлозы представлены в таблице 1.

Таблица 1

Физико-химические показатели технической целлюлозы

Показатели

Солома

Шелуха

Древесная сульфатная

Хлопковая

рис

овес

гречиха

рис

овес

гречиха

Адсорбционная способность, мг/г

63,8

38,4

48,6

58,0

48,4

59,9

20,9

42,0

Сорбционная способность по йоду, %

37,9

20,7

37,7

64,2

62,7

62,3

41,5

45,0

Набухание в растворе 17,5% NaOH

500

300

500

500

700

500

550

500

Водоудержание, %

220

220

150

280

380

250

220

250

Капиллярная впитываемость воды, мм

25,0

12,0

15,0

27,0

45,0

35,0

Длина волокна, мм

1,3

1,4

1,2

0,5

0,6

0,3

1,4

10,0

Впитываемость при одностороннем смачивании, г/м2

127

99

100

150

220

200

Из приведенных данных (таблица 1) видно, что техническая целлюлоза из шелухи, превосходит по сорбционной способности и водоудержанию, не только целлюлозу из лиственной древесины, но и хлопковую целлюлозу. При этом целлюлоза из шелухи имеет короткие волокна (0,3…0,5 мм), что затрудняет получение из нее прочного материала, в отличие от волокон целлюлозы из соломы 1,2…1,4 мм).

Для определения прочностных свойств техническую целлюлозу подвергали размолу в центробежном размольном аппарате до степени помола 60 и 30 оШР для целлюлозы из соломы и шелухи, соответственно. Из размолотой целлюлозы изготавливались бумажные отливки для определения прочностных и физических показателей. Результаты представлены  в таблице 2.

 Таблица 2

Прочностные и физические характеристики бумажных отливок

из технической целлюлозы при степени помола 60 ºШР

Показатели

Техническая целлюлоза из сырья

солома

древесина

овёс

гречиха

рис

сульфатная лиственная

Масса бумаги площадью 1 м2

75,0

75,6

76,7

75,0

Плотность, г/см3

0,91

0,76

0,65

0,92

Разрывная длина, м

8500

10500

4200

9000

Абсолютное сопротивление раздиранию, мН

160

320

160

180

Предел прочности при растяжении, кгс/см2

80

80

30

70

Относительное сопротивление продавливанию, кПа

470

480

160

110

рН холодного экстрагирования водной вытяжки

6,9

6,9

6,7

5,5…7

Белизна, %

93,0

92,0

89,6

90,0

Реверсия белизны

0,46

0,30

0,41

0,42

Из представленных результатов видно (таблица 2), что наибольшей разрывной длиной обладает целлюлоза из соломы гречихи (10500 м) и овса (8500 м) – эти показатели сопоставимы с целлюлозой сульфатной лиственной (9000 м). Значительно меньшими показателями характеризуется целлюлоза из соломы риса (4200 м). Важной характеристикой твердофазной матрицы при колористическом способе тестирования является белизна и ее стабильность, что характеризуется показателем – реверсия белизны. Все полученные образцы целлюлозы обладают необходимой белизной, однако целлюлоза из соломы гречихи имеет низкую реверсию, что вероятно обусловлено высоким содержанием окрашивающих веществ в исходном сырье, которые обесцвечиваются под действием пероксидных соединений.

Из представленных вариантов выбраны образцы с высокими сорбционными свойствами это техническая целлюлоза из шелухи риса и овса и наиболее доступные как сырьевой материал – целлюлоза из соломы овса. Из этих волокнистых полуфабрикатов и их композиций изготавливались отливки, которые в дальнейшем использовались в качестве основы для получения твердофазных матриц. Характеристика твердофазных матриц в виде бумажных отливок представлена в таблице 3.

Таблица 3

Характеристика твердофазных матриц на основе технической целлюлозы

Показатели

Солома овса

Шелуха

Композиция

рис

овес

шелуха риса : солома овса (50:50)

шелуха овса : солома овса (50:50)

Массовая доля карбоксильных групп, %

62,8

89,8

68,4

72,7

43,5

Сорбционная способность по йоду, мг2

52,4

66,2

67,7

68,5

47,1

Набухание в растворе 17,5 % NaOH

500

500

700

550

550

Капиллярная впитываемость, мм

22,0

27,0

45,0

85,0

21,0

Впитываемость при одностороннем смачивании, г/м2

99

150

220

140

200

Из данных таблицы 3 видно, что бумажные отливки из целлюлозы шелухи риса и овса обладают высокой сорбционной ёмкостью, в отличие от отливок из целлюлозы соломы овса. Отливки из целлюлозы соломы овса, как и следовало ожидать, имеют высокие прочностные характеристики. Также исследованы композиции с содержанием целлюлозы из соломы овса, как армирующего материала, и целлюлозы из шелухи риса и овса. Оптимальная композиция составлена из шелухи риса и соломы овса, в отношении 50% шелухи риса и 50% шелухи овса.

Полученные образцы из композиции технической целлюлозы были опробованы в качестве твердофазных матриц в тест – средстве для анализа воды на содержание ионов ртути (Hg2+) [5].

На матрицу наносят загрязняющее вещество, затем проявляют органическим реагентом. Иммобилизованный органический реагент на матрице реагирует с загрязняющим веществом.

В качестве модификаторов поверхности целлюлозы значительный интерес представляют гетероциклические полидентатные формазаны. В результате предварительных исследований по изучению комплексообразования ионов Hg с формазанами широкого ряда было установлено, что наиболее перспективными являются высокоокрашенные пиримидинилформазаны образующие с ионами данного металла глубокоокрашенные комплексные соединения, что создает четкий контрастный переход (рисунок 1).

Результаты испытаний представлены на рисунке 1.

Формазан 766

Концентрация ионов Hg2+ в водном растворе, мг/л
Цветовая шкала для определения содержания ионов ртути (II), мг/л, с помощью1-фенил-3-метил-5-(4,6-дифенилпиримидинил) формазана на целлюлозной матрице

Рисунок 1 – Цветовая шкала для определения содержания ионов ртути (II), мг/л, с помощью1-фенил-3-метил-5-(4,6-дифенилпиримидинил) формазана на целлюлозной матрице

Таким образом, в  результате исследований установлено, что целлюлоза, полученная окислительно-органосольвентным способом из недревесного растительного сырья может быть использована в качестве эффективной твердофазной матрицы в тест-системах для определения качества промышленных и природных вод с использованием гетарилформазанов.

Список литературы / References

1          Островская В.М., Запорожец О.А., Будников Г.К., Чернавская Н.М. Вода. Индикаторные системы. М.: ФГУП ВТИИ. – 2002 –  266 с.

2          Ярцева Е.С., Починока Т.Б. Тест – определение тяжелых металлов в природных водах. Ставрополь: СевКавГТУ. – 2008 -180 с.

3          Минакова А.Р. Получение целлюлозы окислительно-органосольвентным способом при переработке недревесного растительного сырья: дис. … канд. техн. наук: 05.21.03/А.Р. Минакова. – Архангельск. – 2008 –  151с.

4          Вураско, А.В. Ресурсосберегающая переработка отходов крупяных и злаковых культур в целях получения технической целлюлозы [Текст]./ А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер, А.Р. Минакова, Э.В. Мертин // ИВУЗ «Лесной журнал», 2011. – №5. – С.106-113.

5          Vurasko A.V., Koltasheva A.V., Maslakova T.I., Pervova I.G., Mertin E.V. Garbohydrates containing sorbents for determination of toxic metals/ International conference «Renewable Wood and Plant Resources: Chemistry, Technology, Pharmacology, Medicine» Saint-Petersburg, June 21-24, 2011 – P. 246-247.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.