RU2566275C1 - Method of obtaining of cellulose from half-wit flax for paper industry - Google Patents

Method of obtaining of cellulose from half-wit flax for paper industry Download PDF

Info

Publication number
RU2566275C1
RU2566275C1 RU2014130769/12A RU2014130769A RU2566275C1 RU 2566275 C1 RU2566275 C1 RU 2566275C1 RU 2014130769/12 A RU2014130769/12 A RU 2014130769/12A RU 2014130769 A RU2014130769 A RU 2014130769A RU 2566275 C1 RU2566275 C1 RU 2566275C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flax
solution
cellulose
nitric acid
sodium hydroxide
Prior art date
Application number
RU2014130769/12A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вера Владимировна Будаева
Юлия Александровна Гисматулина
Владимир Николаевич Золотухин
Марк Семенович Роговой
Алексей Витальевич Мельников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН)
Priority to RU2014130769/12A priority Critical patent/RU2566275C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2566275C1 publication Critical patent/RU2566275C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: textile, paper.
SUBSTANCE: method of obtaining of cellulose from half-wit flax is offered which comprises the pre-treatment stage at the pre-set temperature, two-phase pulping in water solutions of acid and sodium hydroxide, the raw material is half-wit flax straw, the pre-treatment is performed by nitric acid solution, pulping is performed in sodium hydroxide solution, then in nitric acid water solution, then double washing with solution of sodium hydroxide of various concentration and final treatment with nitric acid solution are performed.
EFFECT: creation of efficient and cost-saving method using fast-renewable vegetable raw materials - straw of half-wit flax and allowing to exclude energy-intensive stages of machining.
4 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к целлюлозной промышленности, а именно к производству целлюлозы из растительного целлюлозосодержащего сырья, и может быть использовано для производства целлюлозы в бумажной промышленности.The invention relates to the pulp industry, namely to the production of cellulose from plant cellulose-containing raw materials, and can be used for the production of pulp in the paper industry.

Целлюлоза является многовариантным сырьем и может быть использована в различных отраслях промышленности в зависимости от своих физико-механических и химических свойств, которые являются индивидуальными для каждого вида производства. Механические свойства отличаются от стандартных, принятых, например, для текстильной промышленности, однако дают возможность использования в качестве компонентов для выпуска разносортной бумаги, картона, упаковочных материалов, «пушонки» (noodle) - наполнителей для памперсов.Cellulose is a multivariate raw material and can be used in various industries depending on its physical, mechanical and chemical properties, which are individual for each type of production. The mechanical properties differ from the standard ones, adopted, for example, for the textile industry, but make it possible to use noodle fillers for diapers as components for the production of different-grade paper, cardboard, packaging materials.

Лен-межеумок (масличный лен) - сельскохозяйственная культура, выращиваемая с целью получения семян, из которых отжимают масло для пищевых и технических нужд (техническое льняное масло служит основой для лаков), семя льна используют при выпуске аптечных товаров - в качестве наполнителя для подушек и матрацев для лежачих больных в хосписах.Mezeum flax (oil flax) is a crop grown to produce seeds from which oil is squeezed out for food and technical needs (technical flaxseed oil serves as the basis for varnishes), flax seed is used in the manufacture of pharmacy products - as a filler for pillows and mattresses for bedridden patients in hospices.

Лен может произрастать в различных климатических зонах страны, в том числе и регионах, в которых выращивание других сельскохозяйственных культур малоэффективно. Гарантированная урожайность льна, многовариантность его переработки могут существенно поднять доходность и занятость населения аграрно-промышленных регионов России. Урожайность семян льна достигает 14-16 ц/га, при этом масса соломы составляет 1,5 тонны.Flax can grow in various climatic zones of the country, including regions in which the cultivation of other crops is ineffective. Guaranteed yield of flax, the multivariance of its processing can significantly increase the profitability and employment of the population of agricultural regions of Russia. The yield of flax seeds reaches 14-16 kg / ha, while the mass of straw is 1.5 tons.

В настоящее время спрос на семя льна-межеумка формирует зарубежный фармацевтический рынок.Currently, the demand for flaxseed seed forms the foreign pharmaceutical market.

Проблема глубокой переработки льна прежде всего связана с заменой древесной целлюлозы целлюлозой однолетних растений (лен, кенаф, конопля, рисовая и пшеничная солома и др.). Проблема вырубки леса в мире на сегодняшний день является одной из основных глобальных экологических проблем, поэтому в настоящее время наметилась тенденция к использованию недревесного целлюлозосодержащего сырья, об этом свидетельствует значительное число публикаций, посвященных разработке способов получения целлюлозы из нетрадиционных источников - рисовой и пшеничной соломы, сельскохозяйственных отходов, стеблей хлопчатника льна, пеньки, мискантуса.The problem of deep processing of flax is primarily associated with the replacement of wood pulp with cellulose of annual plants (flax, kenaf, hemp, rice and wheat straw, etc.). The problem of deforestation in the world today is one of the main global environmental problems, therefore, there is currently a tendency to use non-wood pulp-containing raw materials, as evidenced by a significant number of publications on the development of methods for producing cellulose from non-traditional sources - rice and wheat straw, agricultural waste, stalks of cotton flax, hemp, miscanthus.

В настоящее время солома льна-межеумка не находит никакого практического применения, она либо сжигается на полях, либо поле с остатками прошлогодней соломы перепахивается непосредственно перед посевом. Солома льна, оставленная на полях, способствует увеличению концентрации уксусной кислоты в почве, которая является ингибитором роста растений, что приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур.Currently, flax straw-mezhumka does not find any practical application, it is either burnt in the fields, or a field with the remnants of last year's straw is plowed immediately before sowing. Flax straw left in the fields increases the concentration of acetic acid in the soil, which is an inhibitor of plant growth, which leads to a decrease in crop yields.

В качестве целлюлозосодержащего сырья лен-межеумок в настоящее время не находит достойного применения из-за отсутствия технологии выделения целлюлозы и ее переработки.As a cellulose-containing raw material, the Mezeum flax currently does not find worthy application due to the lack of technology for the separation of cellulose and its processing.

Широко известен способ получения целлюлозы из любого растительного сырья сульфатным способом (гидроксид натрия + сульфид натрия). Однако использование в производстве серосодержащих соединений и активного хлора признано в настоящее время экологически неприемлемым.A widely known method of producing cellulose from any plant material by the sulfate method (sodium hydroxide + sodium sulfide). However, the use in production of sulfur-containing compounds and active chlorine is now recognized as environmentally unacceptable.

Для получения целлюлозы целесообразно использовать лен, непригодный для переработки в текстильной промышленности. Такие отходы льняного производства содержат до 80% целлюлозы. В отличие от древесины - основного отечественного сырья для производства целлюлозы лен является ежегодно возобновляемым сырьем. В этой области необходимы технические и технологические решения, позволяющие создавать высокоэффективные гибкие технологии глубокой переработки короткого льняного волокна. Для получения льняной пряжи в соответствии с требованиями весьма трудоемкой технологии мокрого прядения и производства тканей используется лишь длинное волокно, составляющее 12-14%. Оставшееся короткое волокно (16-18%), как правило, используют для грубых технических материалов, таких как основа для ковроткачества, тарно-упаковочные материалы, пакля.To obtain cellulose, it is advisable to use flax, unsuitable for processing in the textile industry. Such flaxseed wastes contain up to 80% cellulose. Unlike wood, the main domestic raw material for the production of cellulose, flax is an annually renewable raw material. In this area, technical and technological solutions are needed to create highly efficient flexible technologies for the deep processing of short flax fiber. To obtain linen yarn in accordance with the requirements of a very labor-intensive technology of wet spinning and fabric production, only a long fiber of 12-14% is used. The remaining short fiber (16-18%), as a rule, is used for rough technical materials, such as a basis for carpet weaving, packaging materials, tow.

Из уровня техники известен способ производства целлюлозы из растительного сырья, включающий предварительную обработку в щелочном растворе, промывку, отбелку (патент РФ №2378432, опубл. 10.02.2010), включающий предварительную обработку, промывку.The prior art method for the production of cellulose from plant materials, including pre-treatment in an alkaline solution, washing, bleaching (RF patent No. 2378432, publ. 02/10/2010), including pre-treatment, washing.

К недостаткам описанного способа следует отнести наличие двухстадийной термомеханической обработки исходного сырья в двухшнековом аппарате, кроме того, что предложенная обработка предполагает дополнительные энергетические затраты, высокая жесткость растительного сырья (льна-межеумка) приводит к быстрому износу оборудования, также предложенный способ требует дополнительного механического оснащения.The disadvantages of the described method include the presence of a two-stage thermomechanical processing of the feedstock in a twin-screw apparatus, in addition to the fact that the proposed treatment involves additional energy costs, high rigidity of plant materials (flax-bag), leads to rapid wear of the equipment, the proposed method also requires additional mechanical equipment.

Наиболее близким по технической сущности (прототип) является способ получения целлюлозы из льна-межеумка, включающий стадию предварительной обработки при заданной температуре, двухстадийную варку в водных растворах кислоты и гидроксида натрия (Изгородин А.К. Исследование возможности использования льна-межеумка в качестве сырья для получения целлюлозы // Химические волокна. - 2004. - №5. - С. 30-33; Коноплев Ю.В., Изгородин А.К., Воронов М.И., Прусов А.Н. Исследование структурных изменений льняной целлюлозы после воздействия щелочных и кислотных растворов / Материалы VII Международного семинара Smartex. - Иваново: ИГТА, 2004. - С. 109-114).The closest in technical essence (prototype) is a method for producing cellulose from flax-bag with a pre-treatment at a given temperature, two-stage cooking in aqueous solutions of acid and sodium hydroxide (Izgorodin A.K. Research on the possibility of using flax-bag as a raw material for production of cellulose // Chemical fibers. - 2004. - No. 5. - P. 30-33; Konoplev Yu.V., Izgorodin AK, Voronov MI, Prusov AN Study of structural changes in flax pulp after exposure to alkaline and acidic creates / Materials Smartex VII International Seminar - Ivanovo. ISTA, 2004. - P. 109-114).

Однако описанный способ касается переработки волокон льна-межеумка, очищенных от костры. Попытка выделить волокно льна крайне непроизводительна - 3%, т.е. из тонны соломы льна-межеумка получится всего 3 килограмма волокна. Таким образом, описанное техническое решение не может быть использовано для промышленного производства.However, the described method relates to the processing of flax-mezumum fibers, cleaned of fires. An attempt to isolate flax fiber is extremely unproductive - 3%, i.e. from a ton of straw flax-mezumum get only 3 kilograms of fiber. Thus, the described technical solution cannot be used for industrial production.

Задачей заявляемого технического решения является создание эффективного и экономичного способа, использующего в качестве сырья солому льна-межеумка и позволяющего исключить энергозатратную стадию механической обработки.The objective of the proposed technical solution is to create an effective and economical method using straw flax as a raw material and eliminates the energy-consuming stage of mechanical processing.

Поставленная задача решается предлагаемым способом получения целлюлозы из льна-межеумка, включающем стадию предварительной обработки при заданной температуре, двухстадийную варку в водных растворах гидроксида натрия и кислоты, при этом в качестве сырья используется солома льна-межеумка, предварительная обработка проводится раствором азотной кислоты, варка осуществляется в водном растворе гидроксида натрия, затем в водном растворе азотной кислоты, далее следует двойная промывка водным раствором гидроксида натрия различной концентрации, на заключительной стадии продукт проходит обработку водным раствором азотной кислоты.The problem is solved by the proposed method for producing cellulose from flax-bag, including a pretreatment stage at a given temperature, two-stage cooking in aqueous solutions of sodium hydroxide and acid, while the flax-bag is used as raw material, pre-treatment is carried out with a solution of nitric acid, cooking is carried out in an aqueous solution of sodium hydroxide, then in an aqueous solution of nitric acid, followed by a double wash with an aqueous solution of sodium hydroxide of various concentrations In the final stage, the product is processed with an aqueous solution of nitric acid.

От прототипа предлагаемое техническое решение отличается тем, что в качестве сырья используется солома льна-межеумка, предварительная обработка проводится раствором азотной кислоты, варка осуществляется в водном растворе гидроксида натрия, затем в водном растворе азотной кислоты, далее следует двойная промывка водным раствором гидроксида натрия различной концентрации, на заключительной стадии продукт проходит обработку водным раствором азотной кислоты.The proposed technical solution differs from the prototype in that the raw material used is flax straw, pre-treatment is carried out with a solution of nitric acid, cooking is carried out in an aqueous solution of sodium hydroxide, then in an aqueous solution of nitric acid, followed by a double wash with an aqueous solution of sodium hydroxide of various concentrations , at the final stage, the product is treated with an aqueous solution of nitric acid.

Кроме того, от прототипа предлагаемое техническое решение отличается иной последовательностью операций при двухстадийной варке, в прототипе - сначала в водном растворе кислоты, затем в водном растворе гидроксида натрия, в нашем же случае наоборот.In addition, the proposed technical solution differs from the prototype in a different sequence of operations during two-stage cooking, in the prototype - first in an aqueous solution of acid, then in an aqueous solution of sodium hydroxide, in our case, vice versa.

Для предварительной обработки соломы льна-межеумка (предгидролиз) выбран водный раствор азотной кислоты. Азотная кислота оказывает окислительное действие на ароматические соединения сырья (лигнин) и легкогидролизуемые полисахариды (гемицеллюлозы) и обладает волокнорасщепляющим действием.An aqueous solution of nitric acid was selected for pretreatment of flax-straw bag (prehydrolysis). Nitric acid has an oxidizing effect on aromatic compounds of raw materials (lignin) and easily hydrolyzable polysaccharides (hemicelluloses) and has a fiber splitting effect.

Выбор в качестве варочного раствора водного раствора гидроксида натрия обусловлен высокой растворяющей способностью по отношению к лигнину, а также малой степенью деструкции волокон целлюлозы.The choice of an aqueous solution of sodium hydroxide as a cooking solution is due to the high solubility with respect to lignin, as well as the low degree of destruction of cellulose fibers.

Варка в водном растворе азотной кислоты позволяет удалить остаточный лигнин из целлюлозы и обеспечивает окончательное продольное разволокнение целлюлозной массы.Cooking in an aqueous solution of nitric acid allows you to remove residual lignin from cellulose and provides the final longitudinal razvolenie pulp.

В связи с процессом осаждения лигнина на волокнах целлюлозы далее проводится двукратная промывка продукта водным раствором гидроксида натрия различной концентрации.In connection with the deposition of lignin on cellulose fibers, the product is then washed twice with an aqueous solution of sodium hydroxide of various concentrations.

Заключительная стадия - кисловка (декатионирование), заключающаяся в обработке продукта азотной кислотой, необходима для снижения зольности и удаления ионов натрия.The final stage - acidification (decationization), which consists in treating the product with nitric acid, is necessary to reduce the ash content and remove sodium ions.

В таблице 1 приведены химические составы образцов соломы льна-межеумка урожаев 2011 г., 2012 г. и 2013 г.Table 1 shows the chemical compositions of samples of flax straw-mezumum of crops in 2011, 2012 and 2013.

Figure 00000001
Figure 00000001

Выход целлюлозы, полученной предлагаемым методом непосредственно из соломы льна-межеумка: 2011 - 37,80%; 2012 - 39,00%; 2013 - 39,00%.The yield of cellulose obtained by the proposed method directly from straw flax-border: 2011 - 37.80%; 2012 - 39.00%; 2013 - 39.00%.

Средний выход целлюлозы из соломы льна-межеумка составил 38,6% в пересчете на сырье или 76,3% в пересчете на нативную целлюлозу.The average yield of cellulose from the flax-straw bag was 38.6% in terms of raw materials or 76.3% in terms of native cellulose.

В таблице 2 приведены физико-химические показатели образцов целлюлоз, полученных из соломы льна-межеумка комбинированным (заявленным) способом.Table 2 shows the physico-chemical characteristics of cellulose samples obtained from flax-mezumum straw in a combined (claimed) way.

Figure 00000002
Figure 00000002

Следует отметить, что сумма массовых долей α-целлюлозы, золы, лигнина и пентозанов менее 100%, что объясняется наличием низкомолекулярной целлюлозы, не входящей в α-целлюлозу.It should be noted that the sum of the mass fractions of α-cellulose, ash, lignin and pentosans is less than 100%, which is explained by the presence of low molecular weight cellulose that is not included in α-cellulose.

Дополнительно методом ИК-спектроскопии показано, что по основным характеристическим частотам образцы целлюлозы, полученные из соломы льна-межеумка, являются именно целлюлозой. Сравнение ИК-спектров опытных целлюлоз из соломы льна-межеумка с эталонной хлопковой целлюлозой показало наличие всех пиков, характерных для целлюлозы, по справочнику [Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. Ч. II. - СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2005, 2007. - С. 455]. Спектры характеризуются следующими частотами: 3470-3125 см-1 - валентные колебания (ВК) НО-групп, участвующих в межмолекулярных и внутримолекулярных Н-связях; 2940-2860 см-1 - ВК связей в группах СН и CH2; 1630 см-1 - деформационные колебания (ДК) связей H-O-H, обусловлены присутствием связанной воды; 1433 см-1, 1374 см-1 - ДК групп CH2; 1339 см-1 - ДК О-Н в CH2ОН; 1164, 1114, 1059, 1031 см-1 - ВК связей C-O. Интенсивная размытая полоса 3200-3600 см-1 и менее интенсивная в области 2800-3000 см-1 обусловлены соответственно валентными колебаниями гидроксильных групп, включенных в водородную связь, и групп CH, CH2. В спектрах всех опытных целлюлоз отсутствуют колебания в области 1600 см-1, характерные для ароматических соединений - остаточного лигнина.In addition, it has been shown by IR spectroscopy that, according to the main characteristic frequencies, cellulose samples obtained from flax-mezumum straw are precisely cellulose. A comparison of the IR spectra of the experimental celluloses from flax straw with the reference cotton cellulose showed the presence of all peaks characteristic of cellulose in the reference [New reference chemist and technologist. Raw materials and products of the industry of organic and inorganic substances. Part II. - St. Petersburg: ANO NPO Professional, 2005, 2007. - P. 455]. The spectra are characterized by the following frequencies: 3470-3125 cm -1 - stretching vibrations (VK) of the BUT groups participating in the intermolecular and intramolecular H bonds; 2940-2860 cm -1 - VK bonds in the groups CH and CH 2 ; 1630 cm -1 - deformation vibrations (DC) of HOH bonds due to the presence of bound water; 1433 cm -1 , 1374 cm -1 - DC of CH 2 groups; 1339 cm -1 - DC OH in CH 2 OH; 1164, 1114, 1059, 1031 cm -1 - VK bonds CO. The intense blurred band of 3200–3600 cm –1 and less intense in the region of 2800–3000 cm –1 is caused by stretching vibrations of the hydroxyl groups included in the hydrogen bond and the CH, CH 2 groups, respectively. In the spectra of all experimental celluloses, there are no vibrations in the region of 1600 cm -1 characteristic of aromatic compounds — residual lignin.

Для сравнения были определены в лаборатории биоконверсии ИПХЭТ СО РАН по общепринятым методикам анализа целлюлозы [Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. - М.: Экология, 1991. - С. 73-75, 79-80, 106-107, 119-120, 161-164, 200-203, 229, 250-254; ГОСТ 25438-82 Целлюлоза для химической переработки. Методы определения характеристической вязкости. Издание официальное. - М.: Издательство стандартов, 1982. - 20 с.; ГОСТ 10820-75 Целлюлоза. Метод определения массовой доли пентозанов. Издание официальное. М.: Изд-во стандартов, 1991. - 8 с.] физико-химические показатели образцов сульфатной беленой целлюлозы из хвойной древесины и сульфатной беленой целлюлозы из смеси лиственных пород древесины, результаты приведены в таблице.For comparison, they were determined in the bioconversion laboratory of IPKhET SB RAS according to generally accepted methods of cellulose analysis [Obolenskaya A.V., Elnitskaya Z.P., Leonovich A.A. Laboratory work on the chemistry of wood and cellulose. - M .: Ecology, 1991. - S. 73-75, 79-80, 106-107, 119-120, 161-164, 200-203, 229, 250-254; GOST 25438-82 Cellulose for chemical processing. Methods for determining the intrinsic viscosity. The publication is official. - M .: Publishing house of standards, 1982. - 20 p .; GOST 10820-75 Cellulose. Method for determining the mass fraction of pentosans. The publication is official. M .: Publishing house of standards, 1991. - 8 pp.] Physico-chemical parameters of samples of bleached pulp from softwood and sulfate bleached pulp from a mixture of hardwood, the results are shown in the table.

В таблице 3 приведены физико-химические показатели образцов сульфатной беленой целлюлозы из хвойной древесины и сульфатной беленой целлюлозы из смеси лиственных пород древесины.Table 3 shows the physicochemical parameters of samples of sulphate bleached pulp from softwood and sulphate bleached pulp from a mixture of hardwood.

Figure 00000003
Figure 00000003

Как следует из представленных результатов, целлюлоза из соломы льна-межеумка по физико-химическим показателям близка к сульфатным беленым целлюлозам, приведенным в таблице 3: содержание α-целлюлозы в диапазоне 77,5-85,7% перекрывается с диапазоном для гостовских сульфатных целлюлоз 81,6-88,4%, нецеллюлозные компоненты, в частности зола и лигнин, ненамного превышают древесные целлюлозы, что объяснимо природой сырья: известно, что зольность древесины намного меньше недревесных видов сырья. Содержание пентозанов 2,6-3,9% - намного ниже показателя сульфатных целлюлоз 6,0-16,8%, что свидетельствует о возможности повышения выхода целлюлозы из льна-межеумка без снижения качества продукта. Степень полимеризации целлюлозы из льна-межеумка 430-530 меньше, чем у древесных 1040-1270, что связано с природой сырья.As follows from the presented results, the physicochemical parameters of the flax-mezeum straw cellulose are close to the bleached sulphate pulps shown in Table 3: the content of α-cellulose in the range of 77.5-85.7% overlaps with the range for Gostov sulphate pulp 81 , 6-88.4%, non-cellulosic components, in particular ash and lignin, slightly exceed wood pulp, which is explained by the nature of the raw materials: it is known that the ash content of wood is much less than non-wood types of raw materials. The content of pentosans of 2.6-3.9% is much lower than the indicator of sulphate pulp 6.0-16.8%, which indicates the possibility of increasing the yield of cellulose from flax-bag without reducing the quality of the product. The degree of polymerization of cellulose from flax-bag 430-530 is less than that of wood 1040-1270, due to the nature of the raw material.

Такое высокое качество и высокий выход целлюлозы из льна-межеумка обеспечивается последовательностью обработок сырья разбавленными растворами гидроксида натрия и азотной кислоты. При взаимодействии щелочи на сырье при температуре 98°C происходит последовательный щелочной гидролиз химических связей между целлюлозой, гемицеллюлозами и лигнином с растворением части гемицеллюлоз и лигнина в варочном растворе и освобождением холоцеллюлозы. На этом этапе часть активной щелочи расходуется не на делигнификацию, а на растворение гемицеллюлоз и на их вторичные реакции.Such high quality and high yield of cellulose from flax-bag is ensured by the sequence of processing of raw materials with dilute solutions of sodium hydroxide and nitric acid. When alkali interacts with raw materials at a temperature of 98 ° C, a sequential alkaline hydrolysis of chemical bonds between cellulose, hemicelluloses and lignin occurs with the dissolution of part of the hemicelluloses and lignin in the cooking solution and the release of holocellulose. At this stage, part of the active alkali is not spent on delignification, but on the dissolution of hemicelluloses and their secondary reactions.

На следующей стадии при взаимодействии азотной кислоты с остаточным лигнином, холоцеллюлозой протекает электрофильное замещение в ароматическом ядре (нитрозирование, нитрование), электрофильное вытеснение, алифатическое замещение, присоединение, окисление [Никитин В.М. Теоретические основы делигнификации / В.М. Никитин. - М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 295 с.]. На следующей стадии обработки раствором гидроксида натрия модифицированный таким образом лигнин экстрагируется с освобождением целлюлозы. Для снижения зольности проводится стадия обработки полученной целлюлозы раствором кислоты. Следует подчеркнуть, что в данном процессе используются только два химических реактива: гидроксид натрия и азотная кислота, которые являются общедоступными, дешевыми и вопросы регенерации которых в стране решены в промышленных масштабах.At the next stage, during the interaction of nitric acid with residual lignin, holocellulose, electrophilic substitution takes place in the aromatic nucleus (nitrosation, nitration), electrophilic displacement, aliphatic substitution, addition, oxidation [V. Nikitin Theoretical foundations of delignification / V.M. Nikitin. - M .: Forest. industry, 1981. - 295 p.]. In the next step of the treatment with a sodium hydroxide solution, the lignin so modified is extracted with the release of cellulose. To reduce the ash content, a stage of processing the obtained cellulose with an acid solution is carried out. It should be emphasized that in this process only two chemical reagents are used: sodium hydroxide and nitric acid, which are publicly available, cheap and whose regeneration issues in the country have been resolved on an industrial scale.

Известно, что пригодность целлюлозы для областей бумажной промышленности оценивается по показателям прочности бумаги: плотность листа, разрывная длина, продавливание, жесткость при растяжении, работа разрушения, разрушающее напряжение и разрушающая деформация. Производство тишью, в котором не требуется высокой прочности бумаги, основано на использовании как первичного (беленой хвойной и лиственной целлюлозы), так и вторичного волокна (макулатуры). Основные показатели прочности образцов бумаги, изготовленных из опытной целлюлозы из соломы льна-межеумка и механических масс в производстве сульфатной целлюлозы, приведены в таблице 4. На чертеже приведена фотография лабораторного образца бумаги из соломы льна-межеумка.It is known that the suitability of pulp for areas of the paper industry is assessed by indicators of paper strength: sheet density, breaking length, bursting, tensile stiffness, work failure, breaking stress and breaking deformation. Silent production, which does not require high paper strength, is based on the use of both primary (bleached softwood and hardwood pulp) and secondary fiber (waste paper). The main indicators of the strength of paper samples made from experimental cellulose from flax-straw bag and mechanical pulp in the production of sulfate pulp are shown in table 4. The drawing shows a photograph of a laboratory sample of paper from flax-straw bagel.

Figure 00000004
Figure 00000004

Как следует из таблицы основные показатели прочности образцов бумаги из целлюлозы льна-межеумка сравнимы с образцами механических масс, которые используются в качестве компонентов в композициях санитарно-гигиенических сортов бумаг и газетной бумаги. Есть сорта бумаги, в которых используется целлюлоза с показателями прочности аналогично приведенным в таблице, в частности бумага санитарно-гигиенического назначения, предназначенная для переработки в туалетную бумагу, бумажные полотенца, салфетки, бумажные одноразовые медицинские изделия и т.д.As follows from the table, the main strength indicators of paper samples from flax-mezeum cellulose are comparable to samples of mechanical masses that are used as components in compositions of sanitary-hygienic grades of paper and newsprint. There are paper grades that use cellulose with strength indices similar to those shown in the table, in particular paper for sanitary purposes intended for processing into toilet paper, paper towels, napkins, disposable medical paper products, etc.

Примеры конкретного выполненияCase Studies

Пример 1Example 1

В качестве опытного сырья использована солома льна-межеумка урожая 2011 года. Влажность 7%. Загрузка сырья составила 130 г. Варку проводят в круглодонной колбе на 4 л. Варку соломы льна-межеумка (предгидролиз) проводят в водном растворе 0,6%-ной азотной кислоты с модулем 20 при температуре 95°C в течение 3 часов. После чего осуществляется промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод. На следующем этапе проводят варку в 4%-ном растворе гидроксида натрия с модулем 20 при температуре 98°C в течение 16 часов. Далее промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод, затем полученный продукт подвергается варке в 3%-ном растворе азотной кислоты с модулем 17 при температуре 98°C в течение 10 часов, после фильтрации на воронке для удаления лигнина промывку осуществляют дважды, сначала 2,5%-ным раствором гидроксида натрия, затем 0,3%-ным раствором гидроксида натрия, затем водой. Для удаления натрия продукт промывают 1,5%-ным раствором азотной кислоты, затем водой до нейтральной реакции.Flax straw of the 2011 harvest was used as an experimental raw material. Humidity 7%. Loading of raw materials amounted to 130 g. Cooking is carried out in a 4-l round bottom flask. Cooking straw flax-baggage (prehydrolysis) is carried out in an aqueous solution of 0.6% nitric acid with module 20 at a temperature of 95 ° C for 3 hours. After that, the product is washed to a neutral wash water reaction. The next step is cooking in a 4% solution of sodium hydroxide with module 20 at a temperature of 98 ° C for 16 hours. Next, the product is washed to a neutral wash water reaction, then the resulting product is cooked in a 3% solution of nitric acid with module 17 at a temperature of 98 ° C for 10 hours, after filtration on a funnel to remove lignin, washing is carried out twice, first 2.5 % sodium hydroxide solution, then 0.3% sodium hydroxide solution, then water. To remove sodium, the product is washed with a 1.5% solution of nitric acid, then with water until neutral.

Выход составляет - 37,8%.The yield is 37.8%.

Пример 2Example 2

В качестве опытного сырья использована солома льна-межеумка урожая 2012 года. Влажность 7,5%. Загрузка сырья составила 130 г. Варку проводят в круглодонной колбе на 4 л. Варку соломы льна-межеумка (предгидролиз) проводят в растворе 1,5%-ной азотной кислоты с модулем 20 при температуре 98°C в течение 2,5 часов. После чего следует промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод. На следующем этапе проводят варку в 5%-ном растворе гидроксида натрия с модулем 20 при температуре 98°C в течение 15 часов. Далее промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод. Затем осуществляется варка в 4%-ном растворе азотной кислоты в течение 8 часов. После фильтрации на воронке для удаления лигнина промывку осуществляют дважды, сначала 2,5%-ным раствором гидроксида натрия, затем 0,3%-ным раствором гидроксида натрия, затем водой. Для удаления натрия промывают продукт 1%-ным раствором азотной кислоты, затем водой до нейтральной реакции.As an experimental raw material, flax straw of the 2012 harvest was used. Humidity 7.5%. Loading of raw materials amounted to 130 g. Cooking is carried out in a 4-l round bottom flask. Cooking flax-mezumum straw (prehydrolysis) is carried out in a solution of 1.5% nitric acid with module 20 at a temperature of 98 ° C for 2.5 hours. This is followed by washing the product to a neutral wash water reaction. The next step is cooking in a 5% solution of sodium hydroxide with module 20 at a temperature of 98 ° C for 15 hours. Next, rinse the product until neutral wash water. Then cooking is carried out in a 4% solution of nitric acid for 8 hours. After filtering on a funnel to remove lignin, washing is carried out twice, first with a 2.5% sodium hydroxide solution, then with a 0.3% sodium hydroxide solution, then with water. To remove sodium, the product is washed with 1% nitric acid solution, then with water until neutral.

Выход продукта составляет - 38,9%.The product yield is 38.9%.

Пример 3Example 3

В качестве опытного сырья использована солома льна-межеумка урожая 2012 года. Влажность 7,8%. Загрузка сырья составила 130 г. Варку проводят в круглодонной колбе на 4 л. Варку соломы льна-межеумка (предгидролиз) проводят в растворе 0,5%-ной азотной кислотой с модулем 15 при температуре 92°C в течение 6 часов. После чего проводят промывку продукта до нейтральной реакции промывных вод. Затем осуществляют варку в 1,5%-ном гидроксиде натрия с модулем 20 при температуре 95°C в течение 26 часов. Затем промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод. На следующем этапе осуществляют обработку 4%-ной азотной кислотой 14 часов с модулем 15 при температуре 95°C. После фильтрации на воронке для удаления лигнина продукт промывают дважды 2,5%-ным раствором гидроксида натрия 2 часа при перемешивании, затем водой. Для удаления натрия промывают продукт 1,2%-ным раствором азотной кислоты 1 час при перемешивании, затем водой до нейтральной реакции.As an experimental raw material, flax straw of the 2012 harvest was used. Humidity 7.8%. Loading of raw materials amounted to 130 g. Cooking is carried out in a 4-l round bottom flask. Cooking flax-mezumum straw (prehydrolysis) is carried out in a solution of 0.5% nitric acid with module 15 at a temperature of 92 ° C for 6 hours. Then the product is washed until the washings are neutral. Then carry out cooking in 1.5% sodium hydroxide with module 20 at a temperature of 95 ° C for 26 hours. Then rinse the product until the washings are neutral. The next step is the treatment with 4% nitric acid for 14 hours with module 15 at a temperature of 95 ° C. After filtration on a funnel to remove lignin, the product is washed twice with 2.5% sodium hydroxide solution for 2 hours with stirring, then with water. To remove sodium, the product is washed with a 1.2% solution of nitric acid for 1 hour with stirring, then with water until neutral.

Выход составляет - 39,1%.The yield is 39.1%.

Пример 4Example 4

В качестве опытного сырья использована солома льна-межеумка урожая 2013 года. Влажность 8,1%. Загрузка сырья составила 130 г. Варку проводят в круглодонной колбе на 4 л. Варку соломы льна-межеумка (предгидролиз) проводят раствором 1%-ной азотной кислотой с модулем 15 при температуре 96°C в течение 8 часов. Далее промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод. Затем ведут варку в 3,5%-ном гидроксиде натрия с модулем 15 при температуре 99°C в течение 14 часов. Затем промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод. После проводят обработку 4%-ной азотной кислотой 15 часов с модулем 15 при температуре 96°C. После фильтрации на воронке для удаления лигнина промывку осуществляют дважды 2%-ным раствором гидроксида натрия 2 часа при перемешивании, затем водой. Для удаления натрия промывают продукт 0,4%-ным раствором азотной кислоты 1 час при перемешивании, затем водой до нейтральной реакции. Выход составляет - 38,8%.As an experimental raw material, flax straw of the 2013 harvest was used. Humidity 8.1%. Loading of raw materials amounted to 130 g. Cooking is carried out in a 4-l round bottom flask. Cooking straw flax-baggage (prehydrolysis) is carried out with a solution of 1% nitric acid with module 15 at a temperature of 96 ° C for 8 hours. Next, rinse the product until neutral wash water. Then they cook in 3.5% sodium hydroxide with module 15 at a temperature of 99 ° C for 14 hours. Then rinse the product until the washings are neutral. After the treatment is carried out with 4% nitric acid for 15 hours with module 15 at a temperature of 96 ° C. After filtration on a funnel to remove lignin, washing is carried out twice with a 2% sodium hydroxide solution for 2 hours with stirring, then with water. To remove sodium, the product is washed with a 0.4% solution of nitric acid for 1 hour with stirring, then with water until neutral. The yield is 38.8%.

Пример 5Example 5

В качестве опытного сырья использована солома льна-межеумка урожая 2013 года. Влажность 8,6%. Загрузка сырья составила 130 г. Варку проводят в круглодонной колбе на 4 л. Варку соломы льна-межеумка (предгидролиз) осуществляют раствором 1,0%-ной азотной кислотой с модулем 15 при температуре 98°C в течение 7 часов. После чего следует промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод. Затем проводят варку в 3,3%-ном гидроксиде натрия с модулем 15 при температуре 97°C в течение 15 часов. Затем промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод. Затем проводят обработку 4%-ной азотной кислотой с модулем 15 в течение 15 часов при температуре 96°C. После фильтрации на воронке для удаления лигнина промыли продукт дважды 2%-ным раствором гидроксида натрия 2 часа при перемешивании, затем водой. Для удаления натрия промыли продукт 1,0%-ным раствором азотной кислоты в течение 1 часа при перемешивании, затем водой до нейтральной реакции.As an experimental raw material, flax straw of the 2013 harvest was used. Humidity 8.6%. Loading of raw materials amounted to 130 g. Cooking is carried out in a 4-l round bottom flask. Cooking flax-mezumum straw (prehydrolysis) is carried out with a solution of 1.0% nitric acid with module 15 at a temperature of 98 ° C for 7 hours. This is followed by washing the product to a neutral wash water reaction. Then boil in 3.3% sodium hydroxide with module 15 at a temperature of 97 ° C for 15 hours. Then rinse the product until the washings are neutral. Then, treatment with 4% nitric acid with module 15 is carried out for 15 hours at a temperature of 96 ° C. After filtration on a funnel to remove lignin, the product was washed twice with a 2% sodium hydroxide solution for 2 hours with stirring, then with water. To remove sodium, the product was washed with a 1.0% nitric acid solution for 1 hour with stirring, then with water until neutral.

Выход составляет - 38,9%.The yield is 38.9%.

Пример 6Example 6

В качестве опытного сырья использована солома льна-межеумка урожая 2013 года. Влажность 9%. Загрузка сырья составила 130 г. Варку проводят в круглодонной колбе на 4 л. Варку соломы льна-межеумка (предгидролиз) проводят раствором 1,5%-ной азотной кислотой с модулем 15 при температуре 99°C в течение 7 часов. Далее следует промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод. Затем проводят варку в 3,0%-ном гидроксиде натрия с модулем 15 при температуре 96°C в течение 13 часов. Затем промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод. Затем проводят обработку 3,5%-ной азотной кислотой 10 часов с модулем 15 при температуре 96°C. После фильтрации на воронке для удаления лигнина дважды промыли продукт 1,5%-ным раствором гидроксида натрия 2 часа при перемешивании, затем водой. Для удаления натрия промыли продукт 1,0%-ным раствором азотной кислоты 1 час при перемешивании, затем водой до нейтральной реакции.As an experimental raw material, flax straw of the 2013 harvest was used. Humidity 9%. Loading of raw materials amounted to 130 g. Cooking is carried out in a 4-l round bottom flask. Cooking straw flax-baggage (prehydrolysis) is carried out with a solution of 1.5% nitric acid with module 15 at a temperature of 99 ° C for 7 hours. This is followed by washing the product to a neutral wash water reaction. Then cook in 3.0% sodium hydroxide with module 15 at a temperature of 96 ° C for 13 hours. Then rinse the product until the washings are neutral. Then carry out the treatment with 3.5% nitric acid for 10 hours with module 15 at a temperature of 96 ° C. After filtration on a funnel to remove lignin, the product was washed twice with a 1.5% sodium hydroxide solution for 2 hours with stirring, then with water. To remove sodium, the product was washed with a 1.0% nitric acid solution for 1 hour with stirring, then with water until neutral.

Выход составляет - 39,1%.The yield is 39.1%.

Пример 7Example 7

В качестве опытного сырья использована солома льна-межеумка урожая 2013 года. Влажность 8,8%. Загрузка сырья составила 130 г. Варку проводят в круглодонной колбе на 4 л. Варку соломы льна-межеумка (предгидролиз) осуществляют раствором 1,5%-ной азотной кислотой с модулем 15 при температуре 98°C в течение 5 часов. Далее следует промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод. Затем проводят варку в 3,0%-ном гидроксиде натрия с модулем 15 при температуре 96°C в течение 13 часов. Затем промывка продукта до нейтральной реакции промывных вод. Затем проводят обработку 4,0%-ной азотной кислотой 15 часов с модулем 15 при температуре 96°C. После фильтрации на воронке для удаления лигнина промывают дважды 2,0%-ным раствором гидроксида натрия 2 часа при перемешивании, затем водой. Для удаления натрия промывают продукт на воронке 1,0%-ным раствором азотной кислоты 1 час при перемешивании, затем водой до нейтральной реакции. Выход составляет - 39,2%.As an experimental raw material, flax straw of the 2013 harvest was used. Humidity 8.8%. Loading of raw materials amounted to 130 g. Cooking is carried out in a 4-l round bottom flask. Cooking straw flax-bag (prehydrolysis) is carried out with a solution of 1.5% nitric acid with module 15 at a temperature of 98 ° C for 5 hours. This is followed by washing the product to a neutral wash water reaction. Then cook in 3.0% sodium hydroxide with module 15 at a temperature of 96 ° C for 13 hours. Then rinse the product until the washings are neutral. Then, treatment with 4.0% nitric acid is carried out for 15 hours with module 15 at a temperature of 96 ° C. After filtering on a funnel to remove lignin, it is washed twice with a 2.0% sodium hydroxide solution for 2 hours with stirring, then with water. To remove sodium, the product is washed in a funnel with a 1.0% solution of nitric acid for 1 hour with stirring, then with water until neutral. The yield is 39.2%.

Дальнейшее развитие работ по вышеуказанным направлениям и внедрение их в производство позволит уже в ближайшее время значительно повысить обеспечение бумажной промышленности целлюлозой и энергосберегающими технологиями. Реализация предложенного способа может быть проведена при незначительной модернизации имеющегося оборудования и не потребует крупных вложений.Further development of work in the above areas and their introduction into production will make it possible in the near future to significantly increase the provision of the paper industry with pulp and energy-saving technologies. Implementation of the proposed method can be carried out with a slight modernization of existing equipment and will not require large investments.

Claims (1)

Способ получения целлюлозы из льна-межеумка, включающий стадию предварительной обработки при заданной температуре, двухстадийную варку в водных растворах кислоты и гидроксида натрия, отличающийся тем, что в качестве сырья используется солома льна-межеумка, предварительная обработка проводится раствором азотной кислоты, варка осуществляется в водном растворе гидроксида натрия, затем в водном растворе азотной кислоты, далее следуют двойная промывка полученного продукта водным раствором гидроксида натрия различной концентрации и окончательная обработка водным раствором азотной кислоты. A method of producing cellulose from a flax-bag, comprising a pre-treatment step at a given temperature, two-stage cooking in aqueous solutions of acid and sodium hydroxide, characterized in that the flax-bag is used as raw material, the pre-treatment is carried out with a solution of nitric acid, cooking is carried out in water a solution of sodium hydroxide, then in an aqueous solution of nitric acid, followed by a double washing of the obtained product with an aqueous solution of sodium hydroxide of various concentrations and windows thorough treatment with an aqueous solution of nitric acid.
RU2014130769/12A 2014-07-24 2014-07-24 Method of obtaining of cellulose from half-wit flax for paper industry RU2566275C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014130769/12A RU2566275C1 (en) 2014-07-24 2014-07-24 Method of obtaining of cellulose from half-wit flax for paper industry

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014130769/12A RU2566275C1 (en) 2014-07-24 2014-07-24 Method of obtaining of cellulose from half-wit flax for paper industry

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2566275C1 true RU2566275C1 (en) 2015-10-20

Family

ID=54327684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014130769/12A RU2566275C1 (en) 2014-07-24 2014-07-24 Method of obtaining of cellulose from half-wit flax for paper industry

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2566275C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2796023C1 (en) * 2022-06-24 2023-05-16 Александр Николаевич Прусов Method for obtaining fibrous cellulose from short flax fiber

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2186002A (en) * 1986-02-05 1987-08-05 Lamberg Ind Res Ass Treatment of flax
RU2304648C2 (en) * 2005-08-24 2007-08-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Нефтепромхим" ООО "НПО "Нефтепромхим" Cellulose manufacturing process
RU2378432C1 (en) * 2008-07-24 2010-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Нефтепромхим" (ООО "НПО "Нефтепромхим") Method for cellulose production
UA87049U (en) * 2013-05-24 2014-01-27 Херсонский Национальный Технический Университет Method for production of cellulose from oil flax fiber

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2186002A (en) * 1986-02-05 1987-08-05 Lamberg Ind Res Ass Treatment of flax
RU2304648C2 (en) * 2005-08-24 2007-08-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Нефтепромхим" ООО "НПО "Нефтепромхим" Cellulose manufacturing process
RU2378432C1 (en) * 2008-07-24 2010-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Нефтепромхим" (ООО "НПО "Нефтепромхим") Method for cellulose production
UA87049U (en) * 2013-05-24 2014-01-27 Херсонский Национальный Технический Университет Method for production of cellulose from oil flax fiber

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2796023C1 (en) * 2022-06-24 2023-05-16 Александр Николаевич Прусов Method for obtaining fibrous cellulose from short flax fiber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sundarraj et al. A review on cellulose and its utilization from agro-industrial waste
Pinto et al. Cellulose processing from biomass and its derivatization into carboxymethylcellulose: A review
JP6702959B2 (en) Processing method for lignocellulosic material
Hazarika et al. Exploration of future prospects of Indian pineapple leaf, an agro waste for textile application
Naili et al. Extraction process optimization of Juncus plant fibers for its use in a green composite
Jiménez et al. Alternative raw materials and pulping process using clean technologies
FI126649B (en) New process for the preparation of microcellulose
JP2017150127A (en) Use of surfactant to treat pulp and improve incorporation of kraft pulp into fiber for production of viscose and other secondary fiber products
RU2671653C2 (en) Method for manufacturing high functional low-viscosity kraft fibers with use of acid bleaching sequence and fiber produced therewith
Pitaloka et al. Water hyacinth for superabsorbent polymer material
Fagbemigun et al. Fibre characteristics and strength properties of Nigerian pineapple leaf (Ananas cosmosus), banana peduncle and banana leaf (Musa sapientum)–potential green resources for pulp and paper production
Draman et al. Eco-friendly extraction and characterization of cellulose from lignocellulosoic fiber
RU2753923C2 (en) Method for obtaining soluble cellulose and soluble cellulose obtained by this method (options)
Miao et al. Evaluation of hemp root bast as a new material for papermaking
Fattakhovna et al. Use Annual Plants as an Additional Raw Materials for Obtaining Technical Cellulose
WO2016120612A1 (en) Process
JP2019007128A (en) Dissolution pulp
Barbash et al. Pulp obtaining from corn stalks
RU2566275C1 (en) Method of obtaining of cellulose from half-wit flax for paper industry
Gülsoy et al. Deep eutectic solvent pulping from sorghum stalks
BRPI1106360A2 (en) TOBACCO CELLULOSE PULP PRODUCTION PROCESS
Tofanica et al. Environmental friendly pulping and bleaching of rapeseed stalk fibers.
RU2688377C1 (en) Cellulose refining method
Aman et al. Manufacturing of high brightness dissolving pulp from sansevieria-trifasciata fiber by effective sequences processes
RU2786781C1 (en) Method for obtaining flush cellulose for sanitary and hygienic products