RU2850430C1 - Method for obtaining powdered cellulose material from cellulose-containing raw materials (variants) - Google Patents
Method for obtaining powdered cellulose material from cellulose-containing raw materials (variants)Info
- Publication number
- RU2850430C1 RU2850430C1 RU2024138166A RU2024138166A RU2850430C1 RU 2850430 C1 RU2850430 C1 RU 2850430C1 RU 2024138166 A RU2024138166 A RU 2024138166A RU 2024138166 A RU2024138166 A RU 2024138166A RU 2850430 C1 RU2850430 C1 RU 2850430C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cellulose
- mcc
- raw materials
- straw
- catalyst
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения порошкового целлюлозного материала, а именно порошковой целлюлозы (ПЦ) и микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) из целлюлозосодержащего сырья (ЦСС): соломы пшеницы, соломы конопли, костры льна, соломы ячменя, соломы мискантуса, древесины.The invention relates to a method for producing powdered cellulose material, namely powdered cellulose (PC) and microcrystalline cellulose (MCC) from cellulose-containing raw materials (CCR): wheat straw, hemp straw, flax shives, barley straw, miscanthus straw, wood.
Строение и применение порошкового целлюлозного материалаStructure and application of powdered cellulose material
К порошковым целлюлозным материалам (ПЦМ) относят порошковую целлюлозу (ПЦ), микрокристаллическую целлюлозу (МКЦ), нанокристаллическую целлюлозу (НКЦ), микрофибриллированную целлюлозу (МФЦ) и нанофибриллированную целлюлозу (НФЦ). Указанные виды порошковых целлюлозных материалов отличаются по степени и характеру деструкции содержащейся в них целлюлозы, а также содержанием нецеллюлозных компонентов [3-7].Powdered cellulose materials (PCM) include powdered cellulose (PC), microcrystalline cellulose (MCC), nanocrystalline cellulose (NCC), microfibrillated cellulose (MFC), and nanofibrillated cellulose (NFC). These types of powdered cellulose materials differ in the degree and nature of destruction of the cellulose they contain, as well as in the content of non-cellulose components [3-7].
Порошковая целлюлоза обладает низкой степенью кристалличности (СК) и содержит заметное количество гемицеллюлоз и лигнина. МКЦ и НКЦ обладают высокой степенью кристалличности и наибольшей химической чистотой, но отличаются между собой размерами самих кристаллитов. Фибриллированная целлюлоза сохраняет волокнистую морфологию.Powdered cellulose has a low degree of crystallinity (DC) and contains significant amounts of hemicelluloses and lignin. MCC and NCC have a high degree of crystallinity and the highest chemical purity, but differ in the size of the crystallites themselves. Fibrillated cellulose retains its fibrous morphology.
В соответствии с определением Регламента Комиссии ЕС № 231/2012 порошковая целлюлоза - это очищенная, механически дезинтегрированная целлюлоза, полученная обработкой пульпы α-целлюлозы из волокнистого растительного сырья. Степень полимеризации ПЦ преимущественно ≥ 1000, молекулярный вес > 160000 [1]. ПЦ является белым порошком без запаха, который нерастворим в воде, этаноле, эфире и разбавленных минеральных кислотах и мало растворим в растворе гидроксида натрия. Порошковая целлюлоза способна набухать в воде, разбавленных кислотах и большинстве растворителей. Щелочные растворы приводят к набуханию и растворению присутствующей в ней гемицеллюлозы.According to the definition of Commission Regulation (EU) No. 231/2012, powdered cellulose is purified, mechanically disintegrated cellulose obtained by processing α-cellulose pulp from fibrous plant material. The degree of polymerization of PC is predominantly ≥ 1000, and the molecular weight is > 160,000 [1]. PC is a white, odorless powder that is insoluble in water, ethanol, ether, and dilute mineral acids and slightly soluble in sodium hydroxide solution. Powdered cellulose is capable of swelling in water, dilute acids, and most solvents. Alkaline solutions lead to swelling and dissolution of the hemicellulose present in it.
Отличием ПЦ от МКЦ является наличие частиц с широким диапазоном по размеру, более широкое распределение по молекулярной массе, повышенная степень полимеризации и пониженная степень кристалличности [2].The difference between PC and MCC is the presence of particles with a wide range of sizes, a wider distribution of molecular weight, an increased degree of polymerization and a reduced degree of crystallinity [2].
Микрокристаллическая целлюлоза является продуктом химической деструкции целлюлозы, с высокой степенью чистоты и кристалличности. МКЦ представляет собой порошковый целлюлозный материал, состоящий из частиц, являющихся агрегатами микрокристаллитов целлюлозы, содержащих сотни и тысячи макромолекул. Эти агрегаты имеют высокое отношение длины к толщине [9-10].Microcrystalline cellulose is a product of the chemical degradation of cellulose, with a high degree of purity and crystallinity. MCC is a powdered cellulose material consisting of particles that are aggregates of cellulose microcrystallites containing hundreds and thousands of macromolecules. These aggregates have a high length-to-thickness ratio [9-10].
Степень полимеризации МКЦ находится в диапазоне от 30 до 350 и зависит от вида исходной целлюлозы, например, хлопковая 200 - 300, древесная 120 - 180, целлюлоза вискозных волокон 30 - 50. В зависимости от исходного целлюлозного материала и условий получения средние размеры частиц различных видов МКЦ находятся в пределах от 1 до 400 мкм [8].The degree of polymerization of MCC ranges from 30 to 350 and depends on the type of original cellulose, for example, cotton 200 - 300, wood 120 - 180, viscose fiber cellulose 30 - 50. Depending on the original cellulose material and the production conditions, the average particle sizes of different types of MCC range from 1 to 400 µm [8].
Имеются и морфологические различия между микрокристаллическими формами целлюлозы различного происхождения. Микрокристаллиты хлопковой МКЦ несколько длиннее и толще, чем у древесной, а последние крупнее, чем у целлюлозы из однолетних растений. There are also morphological differences between the microcrystalline forms of cellulose from different origins. The microcrystallites of cotton MCC are somewhat longer and thicker than those of wood MCC, and the latter are larger than those of cellulose from annual plants.
Благодаря высокоразвитой гидрофильной поверхности, содержащей активные гидроксильные группы, микрокристаллическая целлюлоза способна образовывать в воде тиксотропные гелеобразные дисперсии, что отличает МКЦ от фибриллированной и порошковой целлюлозы с невысокой степенью кристалличности [10].Due to its highly developed hydrophilic surface containing active hydroxyl groups, microcrystalline cellulose is capable of forming thixotropic gel-like dispersions in water, which distinguishes MCC from fibrillated and powdered cellulose with a low degree of crystallinity [10].
МКЦ используется для изготовления адсорбирующих материалов [11, 12]. Высокая теплопроводность, термическая стабильность, легкость и жесткость МКЦ, позволяют использовать ее в качестве армирующего агента в полимерных композитах, пластических массах, керамике и фарфоре, фильтрующих материалах. МКЦ также служит добавкой в биополимерах различного состава для придания им свойств биоразлагаемости [13-15]. МКЦ не усваивается в организме человека и животных, что используется в пищевой и фармакологической промышленности, биомедицине [16-18]. Здесь МКЦ применяется в виде порошка, например, в качестве связующего вещества и наполнителя в пищевых продуктах, медицинских таблетках. В коллоидной форме МКЦ используется в качестве стабилизатора суспензии, регулятора вязкости и эмульгатора в различных пастах и кремах.MCC is used to manufacture adsorbent materials [11, 12]. Its high thermal conductivity, thermal stability, light weight, and rigidity allow it to be used as a reinforcing agent in polymer composites, plastics, ceramics, porcelain, and filter materials. MCC also serves as an additive in biopolymers of various compositions to impart biodegradability [13-15]. MCC is not absorbed by the human and animal body, which is why it is used in the food, pharmaceutical, and biomedicine industries [16-18]. Here, MCC is used in powder form, for example, as a binder and filler in food products and medicinal tablets. In colloidal form, MCC is used as a suspension stabilizer, viscosity regulator, and emulsifier in various pastes and creams.
Существующие методы получения порошкового целлюлозного материала (порошковой и микрокристаллической целлюлоз)Existing methods for obtaining powdered cellulose material (powdered and microcrystalline cellulose)
Порошковые целлюлозные материалы обычно получают с помощью механической, химической или комбинированной обработки волокнистых целлюлозосодержащих полуфабрикатов. При деструкции химическим или механическим способом теряется волокнистая структура полуфабрикатов и образуется мелкодисперсный порошок, содержащий деструктурированные волокна целлюлозы и нецеллюлозные компоненты. Powdered cellulose materials are typically produced through mechanical, chemical, or combined processing of fibrous cellulose-containing semi-finished products. Chemical or mechanical degradation destroys the fibrous structure of the semi-finished products, producing a fine powder containing destructured cellulose fibers and non-cellulose components.
Для получения МКЦ обычно используют гидролиз очищенной альфа-целлюлозы или многостадийную обработку лигноцеллюлозного сырья. Технология получения МКЦ из лигноцеллюлозного древесного и недревесного сырья включает следующие основные стадии: подготовка сырья (промывка, сушка, измельчение, просеивание), делигнификация, отбелка и гидролиз [19, 20].MCC is typically produced by hydrolysis of purified alpha-cellulose or multi-stage processing of lignocellulosic raw materials. The technology for producing MCC from lignocellulosic wood and non-wood raw materials includes the following main stages: raw material preparation (washing, drying, grinding, screening), delignification, bleaching, and hydrolysis [19, 20].
Для делигнификации древесного сырья преимущественно используется процесс сульфатной варки, а для делигнификации недревесного сырья (солома и др.) - натронной варки. Отбелку сульфатной и натронной целлюлоз осуществляют либо с использованием хлорсодержащих соединений в кислой среде, например, гипохлоритом кальция (CaClO2), гипохлоритом натрия (NaClO), хлоритом натрия (NaClO2), либо пероксидом водорода (H2O2) в щелочной среде. The sulphate pulping process is primarily used for delignification of wood raw materials, while soda pulping is used for delignification of non-wood raw materials (straw, etc.). Bleaching of sulphate and soda pulps is carried out using either chlorine-containing compounds in an acidic medium, such as calcium hypochlorite (CaClO 2 ), sodium hypochlorite (NaClO 2 ), or sodium chlorite (NaClO 2 ), or hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) in an alkaline medium.
Для повышения эффективности процессов переработки ЦСС в МКЦ используют различные обработки ЦСС: химические (кислотами, щелочами, ионными жидкостями, ТЕМПО-окислением), физические (механические, ультразвуковые, паровой взрыв, гамма - облучение, электронно-лучевое и микроволновое излучение), биологические, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками.To increase the efficiency of the CSS processing processes in the MCC, various CSS treatments are used: chemical (acids, alkalis, ionic liquids, TEMPO oxidation), physical (mechanical, ultrasonic, steam explosion, gamma irradiation, electron beam and microwave radiation), biological, each of which has its own advantages and disadvantages.
Предварительно измельчение ЦСС уменьшает размер волокон и увеличивает поверхность их контакта с водой, что повышает эффективность последующих обработок. Также волокна приобретают способность набухать в воде, что позволяет удалять водорастворимые примеси. При необходимости, промытые водой волокна подвергают экстракции смесями бензол/этанол и толуол/этанол для удаления восков, пигментов и растворимых сахаров. Затем измельченные и эстрагированные волокна сушат, повторно измельчают и просеивают для удаления поверхностных загрязнений или растворимых примесей.Pre-grinding of the CSS reduces the fiber size and increases their surface area in contact with water, which improves the efficiency of subsequent processing. The fibers also acquire the ability to swell in water, allowing for the removal of water-soluble impurities. If necessary, the water-washed fibers are extracted with benzene/ethanol and toluene/ethanol mixtures to remove waxes, pigments, and soluble sugars. The chopped and extracted fibers are then dried, re-grinded, and sieved to remove surface contaminants and soluble impurities.
Предварительная химическая обработка измельченного ЦСС включает в себя использование кислот и оснований для удаления нецеллюлозных компонентов. Широко используемым методом является кислотная обработка ЦСС серной или соляной кислотой, реже азотной и фосфорной кислотой в мягких условиях (низкая температура и концентрация кислоты<4мас. %). Мягкая кислотная обработка позволяет эффективно удалять гемицеллюлозы при сохранении структуры целлюлозы.Pre-treatment of crushed CSS involves the use of acids and bases to remove non-cellulose components. A widely used method is acid treatment of CSS with sulfuric or hydrochloric acid, and less commonly, nitric and phosphoric acid, under mild conditions (low temperature and acid concentration <4% by weight). Mild acid treatment effectively removes hemicelluloses while preserving the cellulose structure.
Помимо кислотной используют метод щелочной обработки лигноцеллюлозного сырья растворами гидроксидов натрия, калия, кальция, аммония и другими, которые эффективно удаляют гемицеллюлозу и частично деполимеризует лигнин. Щелочная обработка способствует разрыву межмолекулярных сложноэфирных связей, которые сшивают гемицеллюлозу и лигнин, с последующим их удалением. При этом также удаляются остатки воска, пектина и натуральных жиров. Однако щелочная обработка при концентрации щелочи, превышающей 5 мас. %, нарушает кристаллическую структуру целлюлозы, уменьшает степень её кристалличности [21]. In addition to acid treatment, alkaline treatment of lignocellulosic raw materials with solutions of sodium, potassium, calcium, ammonium, and other hydroxides is used. These solutions effectively remove hemicellulose and partially depolymerize lignin. Alkaline treatment promotes the rupture of intermolecular ester bonds that crosslink hemicellulose and lignin, followed by their removal. This also removes residual wax, pectin, and natural fats. However, alkaline treatment at alkali concentrations exceeding 5% by weight disrupts the crystalline structure of cellulose, reducing its degree of crystallinity [21].
Несмотря на простоту и невысокую энергозатратность кислотный и щелочной методы предварительной обработки ЦСС оказывают вредное воздействие на окружающую среду вследствие образования большого количества сточных вод и приводят к коррозии оборудования. Despite their simplicity and low energy consumption, acid and alkaline methods of pre-treatment of CSS have a harmful impact on the environment due to the formation of large quantities of wastewater and lead to corrosion of equipment.
После предварительных обработок ЦСС в целлюлозном продукта еще остается лигнин, который необходимо удалить, чтобы обеспечить получение качественной МКЦ. Традиционные методы делигнификации, такие как сульфитный, сульфатный, нейтрально-сульфитный используют экологически опасные серо- и хлорсодержащие делигнифицирующие агенты.After pre-treatment of the CSS, lignin remains in the pulp product, which must be removed to ensure high-quality MCC. Traditional delignification methods, such as sulfite, sulfate, and neutral sulfite, use environmentally hazardous sulfur- and chlorine-containing delignifying agents.
Методы получения МКЦ путем окислительной и органосольвентной делигнификации отличаются повышенной экологичностью. В процессах окислительной делигнификации используют пероксид водорода, озон, кислород или воздух, которые деполимеризуют лигнин и частично гемицеллюлозы с образованием карбоновых кислот, при сохранении целлюлозы. Oxidative and organosolvent delignification methods for producing MCC are highly environmentally friendly. Oxidative delignification processes use hydrogen peroxide, ozone, oxygen, or air to depolymerize lignin and some hemicelluloses, forming carboxylic acids while preserving the cellulose.
Для получения качественной МКЦ необходимо удалить остаточный лигнин из целлюлозного продукта. С этой целью используются процессы, так называемой отбелки. с помощью хлорсодержащих соединений в кислой среде, например, гипохлоритом кальция, гипохлоритом натрия, хлоритом натрия или пероксидом водорода в щелочной среде [22]. Преимуществом использования пероксида водорода является то, что он менее токсичен, чем соединения, содержащие серу и хлор. Смеси NaOH-H2O2 и CH3COOH-H2O2, способны избирательно растворять лигнин при минимальном повреждении целлюлозы [23, 24]. Пероксидная делигнификация осуществляется при невысокой температуре, что способствует низкому энергопотреблению, и применима как к древесным, так и к недревесным растительным материалам. To produce high-quality MCC, residual lignin must be removed from the cellulose product. Bleaching processes are used for this purpose. These processes utilize chlorine-containing compounds in an acidic medium, such as calcium hypochlorite, sodium hypochlorite, sodium chlorite, or hydrogen peroxide in an alkaline medium [22]. The advantage of using hydrogen peroxide is that it is less toxic than sulfur- and chlorine - containing compounds. Mixtures of NaOH- H2O2 and CH3COOH - H2O2 are capable of selectively dissolving lignin with minimal damage to the cellulose [23, 24]. Peroxide delignification is carried out at low temperatures, which contributes to low energy consumption, and is applicable to both wood and non-wood plant materials.
После делигнификации и отбеливания очищенную целлюлозу подвергают гидролизу, который разрушает аморфную часть целлюлозы. Кислотный гидролиз минеральными кислотами, такими как серная, соляная, азотная, фосфорная, бромистоводородная и другие, является наиболее распространенным методом, повышения кристалличности и улучшения механических свойств целлюлозных материалов [25-27]. Свойства получаемых продуктов зависят от природы и концентрации кислоты, температуры и продолжительности процесса гидролиза.After delignification and bleaching, purified cellulose is subjected to hydrolysis, which destroys the amorphous portion of the cellulose. Acid hydrolysis with mineral acids such as sulfuric, hydrochloric, nitric, phosphoric, hydrobromic, and others is the most common method for increasing crystallinity and improving the mechanical properties of cellulose materials [25-27]. The properties of the resulting products depend on the nature and concentration of the acid, the temperature, and the duration of the hydrolysis process.
Существенным недостатком гидролиза минеральными кислотами является их токсичность и коррозионная активность, а также пониженный выход МКЦ вследствие частичного разрушения кристаллической части целлюлозы [28].A significant disadvantage of hydrolysis with mineral acids is their toxicity and corrosive activity, as well as a reduced yield of MCC due to the partial destruction of the crystalline part of cellulose [28].
Традиционные способы получения качественной микрокристаллической целлюлозы основаны на обработке минеральными кислотами (соляной, серной, азотной и др.) сырья с низким содержанием лигнина (хлопок, линтер, вата, целлюлоза, отходы хлопкового и текстильного производства). Низкосортное сырье (древесные и сельскохозяйственные отходы) используют, в основном, для получения порошковых целлюлоз, имеющих низкое качество из-за высокой степени полимеризации и значительного содержания остаточного лигнина и гемицеллюлоз.Traditional methods for producing high-quality microcrystalline cellulose rely on treating low-lignin raw materials (cotton, linters, cotton wool, cellulose, and cotton and textile waste) with mineral acids (hydrochloric, sulfuric, nitric, etc.). Low-grade raw materials (wood and agricultural waste) are primarily used to produce powdered cellulose, which is of low quality due to its high degree of polymerization and significant content of residual lignin and hemicelluloses.
Выбор оптимального способа переработки ЦСС в МКЦ определяется доступной сырьевой базой, планируемой областью применения МКЦ, её характеристиками, а также соображениями экологичности и рентабельности производства. The choice of the optimal method for processing CSS into MCC is determined by the available raw material base, the planned area of application of MCC, its characteristics, as well as considerations of environmental friendliness and production profitability.
Известен способ получения микрокристаллической и порошковой целлюлозы, в котором лигноцеллюлозный материал (древесную щепу) измельчают взрывным автогидролизом с последующей многократной экстракцией лигнина водой и растворителем (0,41% NaOH, ацетон, диоксан, этиловый спирт и др.). Далее, выделенную целлюлозу отбеливают раствором сложного состава с последующим кислотным гидролизом [29]. Недостатками данного способа являются его сложность и многостадийность, что обусловлено требованием специального оборудования для взрывного автогидролиза (операция применяется для измельчения и активации лигноцеллюлозного материала), многократной и продолжительной (24-часовой) экстракцией, использованием токсичных растворителей (ацетон, диоксан). Кроме того, недостатком способа является применение отбеливающего раствора сложного состава, а также низкое качество полученного продукта.A known method for producing microcrystalline and powdered cellulose involves crushing lignocellulosic material (wood chips) by explosive autohydrolysis followed by repeated extraction of lignin with water and solvent (0.41% NaOH, acetone, dioxane, ethyl alcohol, etc.). Next, the isolated cellulose is bleached with a solution of complex composition followed by acid hydrolysis [29]. The disadvantages of this method are its complexity and multi-stage nature, which is due to the requirement for special equipment for explosive autohydrolysis (the operation is used to crush and activate the lignocellulosic material), multiple and prolonged (24-hour) extraction, and the use of toxic solvents (acetone, dioxane). In addition, the disadvantage of the method is the use of a bleaching solution of complex composition, as well as the low quality of the resulting product.
Известен способ получения микрокристаллической целлюлозы путем размола соломы овса в вибрационной мельнице до порошкообразного состояния, ситового фракционирования до частиц 5-0,25 мм с последующим гидролизом и отбелкой полученной массы в растворе серной и пероксимоносерной кислот при температуре кипения смеси в течение 1-3 часов [30]. Полученный продукт фильтруют, промывают водой до нейтральной реакции и сушат при температуре 60°С. Недостатком данного способа является низкое качество микрокристаллической целлюлозы, которая содержит значительное количество лигнина (20,3-26,1 %). A known method for producing microcrystalline cellulose involves grinding oat straw in a vibratory mill to a powder state, sieve fractionation to particles of 5-0.25 mm, followed by hydrolysis and bleaching of the resulting mass in a solution of sulfuric and peroxymonosulfuric acids at the boiling temperature of the mixture for 1-3 hours [30]. The resulting product is filtered, washed with water until a neutral reaction is achieved, and dried at a temperature of 60°C. A disadvantage of this method is the low quality of microcrystalline cellulose, which contains a significant amount of lignin (20.3-26.1%).
Известен способ получения микрокристаллической целлюлозы из соломы травянистых растений семейства злаковых (овса, пшеницы и др.) путем делигнификации щелочным раствором NaOH и последующего кислотного гидролиза [31]. Выделение целлюлозы в данном способе проводят путем обработки порошка соломы три-четыре раза смесью азотной кислоты и этанола (азотно-спиртовая смесь) при кипячении в течение 1 часа, фильтрования, последующей промывки свежей азотно-спиртовой смесью, затем горячей водой. Недостатком данного способа является технологическая сложность и длительность процесса. Так, выделение целлюлозы путем делигнификации требует многократной (3-4 раза) обработки азотно-спиртовой смесью при температуре кипения. Кроме того, в данном способе используется высокий гидромодуль при кислотном гидролизе (50) и делигнификации (25), что требует значительного расхода воды.A known method for obtaining microcrystalline cellulose from the straw of herbaceous plants of the cereal family (oats, wheat, etc.) is by delignification with an alkaline solution of NaOH and subsequent acid hydrolysis [31]. In this method, cellulose is isolated by treating the straw powder three to four times with a mixture of nitric acid and ethanol (nitrogen-alcohol mixture) while boiling for 1 hour, filtering, and subsequent washing with a fresh nitrogen-alcohol mixture, then with hot water. The disadvantage of this method is the technological complexity and duration of the process. Thus, the isolation of cellulose by delignification requires multiple (3-4 times) treatment with a nitrogen-alcohol mixture at boiling temperature. In addition, this method uses a high hydromodulus during acid hydrolysis (50) and delignification (25), which requires significant water consumption.
В работе [32] предложен способ получения целлюлозного продукта, основанный на пероксидной делигнификации соломы пшеницы. На первой стадии солому обрабатывали водным раствором пероксида водорода и уксусной кислоты при следующих условиях: концентрация уксусной кислоты 36 %, пероксида водорода - 12 %, серной кислоты - 0,45 %; гидромодуль 3; температура 85°С; продолжительность 2 часа. Затем полученный с выходом 85,8 % целлюлозный продукт обрабатывали водным раствором гидроксида натрия для растворения остаточного лигнина. Недостатки способа обусловлены использованием высокой концентрации пероксида водорода (12 мас. %) и токсичного коррозионно-активного сернокислотного катализатора.In [32], a method for obtaining a cellulose product based on peroxide delignification of wheat straw was proposed. In the first stage, the straw was treated with an aqueous solution of hydrogen peroxide and acetic acid under the following conditions: acetic acid concentration of 36%, hydrogen peroxide - 12%, sulfuric acid - 0.45%; hydromodulus of 3; temperature of 85°C; duration of 2 hours. Then, the cellulose product obtained with a yield of 85.8% was treated with an aqueous solution of sodium hydroxide to dissolve the residual lignin. The disadvantages of the method are due to the use of a high concentration of hydrogen peroxide (12 wt.%) and a toxic, corrosive sulfuric acid catalyst.
Предложен способ получения микрокристаллической целлюлозы путем обработки опилок березы, пихты, лиственницы смесью 35% пероксида водорода и 30% уксусной кислоты, взятых в мольном соотношении 0,3-0,5, в присутствии серной кислоты в количестве 1,5-2,0% от массы абсолютно сухой древесины при гидромодуле 10-15, температуре 120-140°С и продолжительности 1-3 часа с последующей отбелкой волокнистого продукта [33]. Отбелки проводят в растворе аналогичного состава (смесь пероксида водорода и уксусной кислоты при мольном соотношении 0,3-0,5), но без сернокислотного катализатора при температуре 110-130°С, гидромодуле 10-15 и продолжительности 1-2 часа. Интеграция процессов делигнификации и отбелки позволяет получить микрокристаллическую целлюлозу высокого качества: степень кристалличности 0,66-0,74 и степень полимеризации 100-248. Недостатки этого способа обусловлены использованием повышенных температур на стадиях делигнификации и отбелки, а следовательно применением реакторов, работающих под давлением, использованием токсичного и коррозионно-активного сернокислотного катализатора и длительной обработки.A method for producing microcrystalline cellulose by treating birch, fir, and larch sawdust with a mixture of 35% hydrogen peroxide and 30% acetic acid, taken in a molar ratio of 0.3-0.5, in the presence of sulfuric acid in an amount of 1.5-2.0% of the weight of absolutely dry wood at a water modulus of 10-15, a temperature of 120-140°C, and a duration of 1-3 hours, followed by bleaching of the fibrous product [33]. Bleaching is carried out in a solution of similar composition (a mixture of hydrogen peroxide and acetic acid at a molar ratio of 0.3-0.5), but without a sulfuric acid catalyst, at a temperature of 110-130°C, a water modulus of 10-15, and a duration of 1-2 hours. The integration of delignification and bleaching processes produces high-quality microcrystalline cellulose: a degree of crystallinity of 0.66-0.74 and a degree of polymerization of 100-248. The disadvantages of this method include the use of elevated temperatures during the delignification and bleaching stages, the consequent need for pressure reactors, the use of a toxic and corrosive sulfuric acid catalyst, and lengthy processing times.
Похожий способ предложен для получения микрокристаллической целлюлозы из измельченной соломы пшеницы, при котором обработку сырья проводят вначале раствором, содержащим смесь 30 % уксусной кислоты и 35 % пероксида водорода, взятых в мольном отношении 0,2-0,6 в присутствии катализатора - серной кислоты в количестве 1-3 % от массы абсолютно сухой соломы при гидромодуле от 5 до 10, температуре 110-140°С и продолжительности 2-4 часа, а затем - раствором, содержащим смесь уксусной кислоты и пероксида водорода при мольном отношении 0.1-0.3 и температуре 100-120°С в течение 1-3 часа при гидромодуле от 5 до 10 [34]. Способ позволяет получить качественную микрокристаллическую целлюлозу (МКЦ) со степенью полимеризации 102-137. Недостатки этого способа обусловлены невысоким выходом МКЦ (около 30 % мас.), необходимостью использования повышенных температур, давления и длительной обработки.A similar method has been proposed for obtaining microcrystalline cellulose from crushed wheat straw, in which the raw material is first treated with a solution containing a mixture of 30% acetic acid and 35% hydrogen peroxide, taken in a molar ratio of 0.2-0.6 in the presence of a catalyst - sulfuric acid in an amount of 1-3% of the weight of absolutely dry straw at a hydromodulus of 5 to 10, a temperature of 110-140 °C and a duration of 2-4 hours, and then with a solution containing a mixture of acetic acid and hydrogen peroxide at a molar ratio of 0.1-0.3 and a temperature of 100-120 °C for 1-3 hours at a hydromodulus of 5 to 10 [34]. The method makes it possible to obtain high-quality microcrystalline cellulose (MCC) with a degree of polymerization of 102-137. The disadvantages of this method are due to the low yield of MCC (about 30% by weight), the need to use elevated temperatures, pressure and long processing times.
Известен способ получения целлюлозы путем обработки древесной щепы смесью, содержащей 3,9-5,6 % масс. пероксида водорода, 25,2-26,7 % масс. уксусной кислоты в присутствии 2,0 % (от массы щепы) сернокислотного катализатора. Обработку осуществляют при интенсивном перемешивании при температуре 90-98°С, атмосферном давлении, продолжительности 2,5-3,5 ч и гидромодуле 5-10 [35]. Недостатком данного способа является использование серной кислоты в качестве катализатора, которая является коррозийно-активным и экологически опасным реагентом, а также трудность регенерации серной кислоты из отработанного варочного раствора.A known method for producing cellulose is by treating wood chips with a mixture containing 3.9-5.6% by weight of hydrogen peroxide, 25.2-26.7% by weight of acetic acid in the presence of 2.0% (by weight of chips) of a sulfuric acid catalyst. The treatment is carried out with vigorous stirring at a temperature of 90-98°C, atmospheric pressure, a duration of 2.5-3.5 hours and a hydromodulus of 5-10 [35]. A disadvantage of this method is the use of sulfuric acid as a catalyst, which is a corrosive and environmentally hazardous reagent, as well as the difficulty of regenerating sulfuric acid from the spent cooking solution.
В известном способе получения микрокристаллической целлюлозы сначала осуществляют автогидролиз измельченного древесного сырья водяным паром при 180-240°С в течение 2-3 минут. Затем автогидролизованную древесину экстрагируют кипящей водой при гидромодуле 50 в течение 3 ч и обрабатывают раствором, содержащим 20-30 мас. % СН3СООН, 4,2-10,2 мас. % Н2O2, 1,5-3 мас. % H2SO4, при температуре 100-110°С в течение 2,5-3 ч. [36]. Данное изобретение позволяет получить МКЦ хорошего качества. Степень её полимеризации составляет 83-187, что соответствует степени полимеризации промышленных образцов МКЦ (СП<250). Индекс кристалличности составляет 0,68-0,71, что соответствует индексу кристалличности МКЦ, полученной из древесной сульфитной целлюлозы (0,67). Недостатки данного способа обусловлены большим числом технологических операций (автогидролиз, обработка кипящей водой, делигнификация, гидролиз) повышенной температурой и давлением, использованием токсичного и коррозионно-активного сернокислотного катализатора.In a known method for producing microcrystalline cellulose, autohydrolysis of crushed wood raw material is first carried out with water vapor at 180-240°C for 2-3 minutes. Then, the autohydrolyzed wood is extracted with boiling water at a hydromodulus of 50 for 3 hours and treated with a solution containing 20-30 wt. % CH 3 COOH, 4.2-10.2 wt. % H 2 O 2 , 1.5-3 wt. % H 2 SO 4 , at a temperature of 100-110°C for 2.5-3 hours [36]. This invention makes it possible to obtain good quality MCC. Its degree of polymerization is 83-187, which corresponds to the degree of polymerization of industrial MCC samples (DP < 250). The crystallinity index is 0.68-0.71, which is comparable to that of MCC obtained from wood sulfite cellulose (0.67). The disadvantages of this method include the numerous process steps (autohydrolysis, treatment with boiling water, delignification, hydrolysis), elevated temperature and pressure, and the use of a toxic and corrosive sulfuric acid catalyst.
Предложен одностадийный каталитический метод получения МКЦ из хвойной и лиственной древесины, основанный на пероксидной делигнификации древесины в среде уксусная кислота - вода в мягких условиях (100°С, атмосферное давление) в присутствии твердого катализатора TiO2 [37]. При этом получена МКЦ с выходом 36,3-42,0 мас. % и содержанием остаточного лигнина ≤1,0 мас. % в следующих оптимальных условиях процесса: для осины - 5 мас. % Н2О2, 25 мас. % СН3СООН, гидромодуль 10; для березы - 5 мас. % Н2О2, 25 мас. % СН3СООН, ГМ 10; для пихты - 6 мас. % Н2О2, 30 мас. % СН3СООН, гидромодуль 15; для лиственницы - 6 мас. % Н2О2, 30 мас. % СН3СООН, гидромодуль 15. Недостатки этого метода обусловлены высокой степенью полимеризации получаемой МКЦ и трудностью отделения твердого катализатора от МКЦ.A single-stage catalytic method for obtaining MCC from coniferous and deciduous wood is proposed, based on peroxide delignification of wood in an acetic acid - water medium under mild conditions (100 °C, atmospheric pressure) in the presence of a solid catalyst TiO 2 [37]. In this case, MCC was obtained with a yield of 36.3-42.0 wt. % and a residual lignin content of ≤1.0 wt. % under the following optimal process conditions: for aspen - 5 wt. % H 2 O 2 , 25 wt. % CH 3 COOH, hydromodulus 10 ; for birch - 5 wt. % H 2 O 2 , 25 wt. % CH 3 COOH, GM 10; for fir - 6 wt. % H 2 O 2 , 30 wt. % CH 3 COOH, hydromodulus 15; for larch - 6 wt. % H2O2 , 30 wt.% CH3COOH , hydromodulus 15. The disadvantages of this method are due to the high degree of polymerization of the resulting MCC and the difficulty of separating the solid catalyst from the MCC.
Применение растворимых катализаторов в процессах переработки твердого целлюлозосодержащего сырья позволяет обеспечить более эффективный контакт катализатора и сырья, а также упрощает отделение катализатора от полученной целлюлозы. Например, в работе [38] сопоставлены каталитические свойства растворимых (CuSO4, ZnSO4, MnSO4, FeSO4, (NH4)6 Mo7O24) и твердых (TiO2, цеолиты КN-30 и C-FeZSM-5) катализаторов в процессе пероксидной делигнификации древесины лиственницы в среде «уксусная кислота-вода» (температура 90°C, концентрация H2O2 6 мас. %, CH3COOH 30 мас. %, гидромодуль 15, 4 часа). Установлено, что делигнифицирующая способность катализаторов снижается в следующей последовательности (NH4) 6Mo7O24 > MnSO4 > ZnSO4 > TiO2 >> C-FeZSM-5 ~ KN-30 ~ FeSO4 ~ CuSO4. В присутствии наиболее активного катализатора (NH4)6Mo7O24 была получена МКЦ с выходом 35,0 мас. % от массы древесины. Однако молибденовый катализатор имеет высокую стоимость.The use of soluble catalysts in the processing of solid cellulose-containing raw materials allows for more efficient contact between the catalyst and the raw material and simplifies the separation of the catalyst from the resulting cellulose. For example, in [38], the catalytic properties of soluble (CuSO 4 , ZnSO 4 , MnSO 4 , FeSO 4 , (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ) and solid (TiO 2 , zeolites KN-30 and C-FeZSM-5) catalysts were compared in the process of peroxide delignification of larch wood in an acetic acid-water medium (temperature 90°C, H 2 O 2 concentration 6 wt.%, CH 3 COOH 30 wt.%, hydromodulus 15, 4 hours). It was found that the delignifying capacity of the catalysts decreases in the following sequence (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 > MnSO 4 > ZnSO 4 > TiO 2 >> C-FeZSM-5 ~ KN-30 ~ FeSO 4 ~ CuSO 4 . In the presence of the most active catalyst (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24, MCC was obtained with a yield of 35.0 wt. % of the wood weight. However, the molybdenum catalyst is expensive.
Стоимость катализатора MnSO4 значительно меньше по сравнению с молибден-содержащими катализаторами. Путем пероксидной делигнификации древесины лиственницы в присутствии катализатора MnSO4 (температура 100°C, содержание Н2О2 6 мас. %, CH3COOH 25 мас. %, ГМ 15, продолжительность 3 ч.), получена с выходом 44,3 мас. % МКЦ с низким содержанием остаточного лигнина (≤ 1мас. %) и степенью кристалличности 0,8 [39].The cost of the MnSO 4 catalyst is significantly lower compared to molybdenum-containing catalysts. By peroxide delignification of larch wood in the presence of the MnSO 4 catalyst (temperature 100°C, H 2 O 2 content 6 wt.%, CH 3 COOH 25 wt.%, GM 15, duration 3 h), MCC with a yield of 44.3 wt.% with a low content of residual lignin (≤ 1 wt.%) and a degree of crystallinity of 0.8 was obtained [39].
Проведенный анализ научно-технической и патентной литературы показал, что известные методы получения ПЦ и МКЦ из лигноцеллюлозного древесного и недревесного сырья являются многостадийными и энергозатратными, наносят ущерб окружающей среде в результате использования серосодержащих и хлорсодержащих делигнифицирующих и отбеливающих агентов, токсичных и коррозионно-активных минеральных кислот.The conducted analysis of scientific, technical and patent literature showed that the known methods for obtaining PC and MCC from lignocellulosic wood and non-wood raw materials are multi-stage and energy-intensive, causing damage to the environment as a result of the use of sulfur-containing and chlorine-containing delignifying and bleaching agents, toxic and corrosive mineral acids.
Для повышения эффективности и экологической безопасности разрабатываемых методов получения МКЦ целесообразно совмещать в одном технологическом цикле процессы пероксидной делигнификации, отбелки и гидролиза лигноцеллюлозного сырья, использовать недорогие и нетоксичные растворенные катализаторы, которые легко отделяются от целлюлозного продукта и малотоксичный растворитель - смесь уксусной кислоты и воды. Снижение энергоемкости процесса может быть достигнуто путем его проведения в мягких условиях: при температуре 98-100°С и атмосферном давлении.To improve the efficiency and environmental safety of the developed MCC production methods, it is advisable to combine peroxide delignification, bleaching, and hydrolysis of lignocellulosic feedstock in a single process cycle, using inexpensive and non-toxic dissolved catalysts that are easily separated from the cellulose product, and a low-toxicity solvent—a mixture of acetic acid and water. Energy consumption can be reduced by conducting the process under mild conditions: at a temperature of 98-100°C and atmospheric pressure.
Наиболее близким по технологической сущности и назначению к предлагаемому способу является способ получения целлюлозного продукта, по своим характеристикам соответствующего порошковой целлюлозе, основанный на обработке измельченного ЦСС водным раствором, содержащим пероксид водорода, уксусную кислоту и твердый катализатор TiO2 при температуре 98-100°C, атмосферном давлении, при гидромодуле 5-15 в течение 2,5-3,5 часов с последующим выделением целлюлозного продукта. [40]. Делигнифицирующий водный раствор содержит 3,0-5,6 мас. % пероксида водорода, 15-25 мас. % уксусной кислоты и 0,5-1,0 % катализатора TiO2 от массы древесины. Однако в патенте не указано, каким образом проводится отделение твердого катализатора TiO2 от целлюлозного продукта. Наличие в целлюлозном продукте примесей катализатора ухудшает его качество. Также отсутствуют данные о степени полимеризации полученных целлюлозных продуктов.The closest in technological essence and purpose to the proposed method is a method for obtaining a cellulose product, corresponding in its characteristics to powdered cellulose, based on the treatment of crushed CSS with an aqueous solution containing hydrogen peroxide, acetic acid and a solid catalyst TiO 2 at a temperature of 98-100 °C, atmospheric pressure, at a hydraulic module of 5-15 for 2.5-3.5 hours, followed by the isolation of the cellulose product. [40]. The delignifying aqueous solution contains 3.0-5.6 wt. % hydrogen peroxide, 15-25 wt. % acetic acid and 0.5-1.0 % catalyst TiO 2 from the weight of wood. However, the patent does not indicate how the separation of the solid catalyst TiO 2 from the cellulose product is carried out. The presence of catalyst impurities in the cellulose product degrades its quality. There are also no data on the degree of polymerization of the obtained cellulose products.
Задачей настоящего изобретения являются упрощение способа получения и улучшения качества порошкового целлюлозного материала за счет применения легко отделяемого растворимого катализатора MgSO4 с сохранением высокого выхода целлюлозного продукта.The objective of the present invention is to simplify the method for producing and improving the quality of powdered cellulose material by using an easily separable soluble catalyst MgSO 4 while maintaining a high yield of the cellulose product.
Технический результат изобретения является:The technical result of the invention is:
- простое отделение катализатора от целлюлозного продукта;- simple separation of the catalyst from the cellulose product;
- улучшение качества целлюлозного продукта за счет отсутствия в нем примесей катализатора;- improving the quality of the cellulose product due to the absence of catalyst impurities;
- упрощение способа получения порошкового целлюлозного материала за счет многократного использования катализатора.- simplification of the method for obtaining powdered cellulose material due to the repeated use of the catalyst.
А также снижение затрат на катализатор вследствие меньшей стоимости MgSO4 по сравнению с TiO2. And also a reduction in catalyst costs due to the lower cost of MgSO 4 compared to TiO 2.
Технический результат достигается способом получения порошкового целлюлозного материала из целлюлозосодержащего сырья, включающего делигнифицирующую обработку лигноцеллюлозного сырья водным раствором, содержащим пероксид водорода, уксусную кислоту и катализатор, при температуре кипения смеси (98-100°С), атмосферном давлении в течение 2,5-3,5 ч при интенсивном перемешивании с последующим выделением целлюлозного продукта.The technical result is achieved by a method for obtaining a powdered cellulose material from cellulose-containing raw materials, including delignifying treatment of lignocellulose raw materials with an aqueous solution containing hydrogen peroxide, acetic acid and a catalyst, at the boiling temperature of the mixture (98-100°C), atmospheric pressure for 2.5-3.5 hours with intensive stirring, followed by isolation of the cellulose product.
По первому варианту новым является то, что в качестве катализатора используют сульфат магния в количестве 0,5-1,0 % от массы абсолютного сухого сырья, при этом обработку ведут в водном растворе, содержащем 4-6 мас. % пероксида водорода, 40-60 мас. % уксусной кислоты, при гидромодуле 10.The first variant is new in that magnesium sulfate is used as a catalyst in an amount of 0.5-1.0% of the absolute dry raw material weight, and the treatment is carried out in an aqueous solution containing 4-6 wt.% hydrogen peroxide, 40-60 wt.% acetic acid, with a hydromodulus of 10.
По второму варианту новым является то, что предварительно лигноцеллюлозное сырье обрабатывают кипящей водой в течение 1 ч при гидромодуле 30, далее производят делигнифицирующую обработку промытого лигноцеллюлозного сырья водным раствором, содержащим 4-6 мас. % пероксида водорода, 40-60 мас. % уксусной кислоты, сульфата магния в количестве 0,5-1,0 % от массы абсолютного сухого сырья, при гидромодуле 10.The second variant is new in that the lignocellulosic raw material is first treated with boiling water for 1 hour at a water-to-solid ratio of 30, followed by delignifying treatment of the washed lignocellulosic raw material with an aqueous solution containing 4-6 wt.% hydrogen peroxide, 40-60 wt.% acetic acid, magnesium sulfate in an amount of 0.5-1.0% of the absolute dry raw material weight, at a water-to-solid ratio of 10.
По третьему варианту новым является то, что делигнифицирующую обработку лигноцеллюлозного сырья производят водным раствором, содержащим 4-6 мас. % пероксида водорода, 40-60 мас. % уксусной кислоты, сульфата магния в количестве 0,5-1,0 % от массы абсолютного сухого сырья, при гидромодуле 10 и осуществляют гидролиз полученного целлюлозного продукта кипящим раствором 2H серной кислоты в течение 45 мин при гидромодуле 20.According to the third variant, what is new is that the delignifying treatment of lignocellulosic raw materials is carried out with an aqueous solution containing 4-6 wt.% hydrogen peroxide, 40-60 wt.% acetic acid, magnesium sulfate in an amount of 0.5-1.0% of the absolute dry raw material weight, with a hydromodulus of 10, and hydrolysis of the resulting cellulose product is carried out with a boiling solution of 2 N sulfuric acid for 45 minutes with a hydromodulus of 20.
По четвертому варианту новым является то, что предварительно лигноцеллюлозное сырье обрабатывают кипящей водой в течение 1 ч при гидромодуле 30 производят делигнифицирующую обработку промытого лигноцеллюлозного сырья водным раствором, содержащим 4-6 мас. % пероксида водорода, 40-60 мас. % уксусной кислоты, сульфата магния в количестве 0,5-1,0 % от массы абсолютного сухого сырья, и осуществляют гидролиз полученного целлюлозного продукта кипящим раствором 2H серной кислоты в течение 45 мин при гидромодуле 20.According to the fourth variant, what is new is that the lignocellulosic raw material is first treated with boiling water for 1 hour at a hydromodulus of 30, the washed lignocellulosic raw material is delignified with an aqueous solution containing 4-6 wt. % hydrogen peroxide, 40-60 wt. % acetic acid, magnesium sulfate in an amount of 0.5-1.0% of the absolute dry raw material weight, and the resulting cellulose product is hydrolyzed with a boiling solution of 2 N sulfuric acid for 45 minutes at a hydromodulus of 20.
По пятому варианту новым является то, что делигнифицирующую обработку лигноцеллюлозного сырья производят водным раствором, содержащим 4-6 мас. % пероксида водорода, 40-60 мас. % уксусной кислоты, сульфата магния в количестве 0,5-1,0 % от массы абсолютного сухого сырья, при гидромодуле 10, далее отбеливают в щелочной среде полученный целлюлозный продукт 4 %-ным NaOH при 25°С в течение 3 ч при гидромодуле 25 и осуществляют гидролиз отбеленного целлюлозного продукта кипящим раствором 2H H2SO4 в течение 45 мин при гидромодуле 20.According to the fifth variant, what is new is that the delignifying treatment of lignocellulosic raw materials is carried out with an aqueous solution containing 4-6 wt. % hydrogen peroxide, 40-60 wt. % acetic acid, magnesium sulfate in an amount of 0.5-1.0% of the weight of absolute dry raw materials, with a hydromodulus of 10, then the resulting cellulose product is bleached in an alkaline medium with 4% NaOH at 25°C for 3 hours with a hydromodulus of 25 and hydrolysis of the bleached cellulose product is carried out with a boiling solution of 2 H H 2 SO 4 for 45 minutes with a hydromodulus of 20.
По шестому варианту новым является то, что предварительно лигноцеллюлозное сырье обрабатывают кипящей водой в течение 1 ч при гидромодуле 30 далее производят делигнифицирующую обработку промытого лигноцеллюлозного сырья водным раствором, содержащим 4-6 мас. % пероксида водорода, 40-60 мас. % уксусной кислоты, сульфата магния в количестве 0,5-1,0 % от массы абсолютного сухого сырья, при гидромодуле 10, затем отбеливают в щелочной среде полученный целлюлозный продукт 4 %-ным NaOH при 25°С в течение 3 ч при гидромодуле 25 и осуществляют гидролиз отбеленного целлюлозного продукта кипящим раствором 2H H2SO4 в течение 45 мин при гидромодуле 20.According to the sixth variant, what is new is that the lignocellulosic raw material is first treated with boiling water for 1 hour at a hydromodulus of 30, then delignifying treatment of the washed lignocellulosic raw material is carried out with an aqueous solution containing 4-6 wt. % hydrogen peroxide, 40-60 wt. % acetic acid, magnesium sulfate in an amount of 0.5-1.0% of the weight of the absolute dry raw material, at a hydromodulus of 10, then the resulting cellulose product is bleached in an alkaline medium with 4% NaOH at 25°C for 3 hours at a hydromodulus of 25 and hydrolysis of the bleached cellulose product is carried out with a boiling solution of 2 H H 2 SO 4 for 45 minutes at a hydromodulus of 20.
В отличие от прототипа, в предлагаемом изобретении используют экологически безопасный, доступный и недорогой растворенный катализатор сульфат магния. Благодаря использованию растворенного катализатора сульфата магния удалось упростить отделение катализатора от целлюлозного продукта, улучшить качество целлюлозы за счет отсутствия в ней примеси катализатора, снизить затраты на катализатор, с сохранением высокого выхода целлюлозного продукта. В зависимости от условий обработки и природы целлюлозосодержащего сырья получены целлюлозные продукты с различным содержанием целлюлозы, остаточного лигнина, гемицеллюлоз, с разными степенями полимеризации и индексами кристалличности и цветом от белого до серого. Unlike the prototype, the proposed invention utilizes an environmentally safe, readily available, and inexpensive dissolved magnesium sulfate catalyst. Using dissolved magnesium sulfate catalyst simplifies catalyst separation from the cellulose product, improves cellulose quality due to the absence of catalyst impurities, and reduces catalyst costs while maintaining a high cellulose product yield. Depending on the processing conditions and the nature of the cellulose-containing feedstock, cellulose products with varying cellulose, residual lignin, and hemicellulose contents, degrees of polymerization, crystallinity indices, and colors ranging from white to gray are obtained.
На фиг. 1 представлены индекс кристалличности спектры порошковых целлюлоз, полученных из соломы пшеницы (черная линия) и соломы конопли (красная линия).Fig. 1 shows the crystallinity index spectra of powdered celluloses obtained from wheat straw (black line) and hemp straw (red line).
На фиг. 2 представлена микрофотография образца порошкового целлюлозного материала соломы пшеницы.Fig. 2 shows a micrograph of a sample of powdered cellulose material from wheat straw.
На фиг. 3 представлена микрофотография образца порошкового целлюлозного материала соломы конопли.Fig. 3 shows a micrograph of a sample of powdered cellulose material from hemp straw.
На фиг. 4 представлены ДТГ кривые образцов порошкового целлюлозного материала, полученных из соломы пшеницы и соломы конопли.Fig. 4 shows the DTG curves of samples of powdered cellulose material obtained from wheat straw and hemp straw.
На фиг. 5 представлена кривая объёмного распределения частиц порошковой целлюлозы, полученной из соломы пшеницы. Fig. 5 shows the volume distribution curve of particles of powdered cellulose obtained from wheat straw.
На фиг. 6 представлена кривая объёмного распределения частиц порошковой целлюлозы, полученной из соломы конопли.Fig. 6 shows the volume distribution curve of particles of powdered cellulose obtained from hemp straw.
На фиг. 7 представлены индексы кристалличности спектры МКЦ, полученных из различных видов сырья.Fig. 7 shows the crystallinity indices and spectra of MCC obtained from different types of raw materials.
На фиг. 8 представлена дифрактограмма образца МКЦ соломы конопли с отмеченными индексами Миллера для рефлексов кристаллической решётки целлюлозы I, областью аморфной целлюлозы и базовой линией.Fig. 8 shows a diffraction pattern of a sample of hemp straw MCC with the Miller indices for the reflections of the cellulose I crystal lattice, the amorphous cellulose region and the baseline marked.
На фиг. 9 представлена дифрактограмма образца МКЦ древесины с отмеченными индексами Миллера для рефлексов кристаллической решётки целлюлозы I, областью аморфной целлюлозы и базовой линией.Fig. 9 shows a diffraction pattern of a MCC wood sample with the Miller indices for the reflections of the cellulose I crystal lattice, the amorphous cellulose region and the baseline marked.
На фиг. 10 представлена микрофотография МКЦ соломы пшеницы.Fig. 10 shows a micrograph of MCC of wheat straw.
На фиг. 11 представлена микрофотография МКЦ соломы конопли.Fig. 11 shows a micrograph of hemp straw MCC.
На фиг. 12 представлена микрофотография МКЦ древесины.Fig. 12 shows a micrograph of MCC wood.
На фиг. 13 представлена микрофотография МКЦ соломы мискантуса.Fig. 13 shows a micrograph of the MCC of miscanthus straw.
На фиг. 14 представлена микрофотография МКЦ соломы ячменя.Fig. 14 shows a micrograph of barley straw MCC.
На фиг. 15 представлена микрофотография МКЦ костры льна.Fig. 15 shows a micrograph of the flax shive MCC.
Методы определения характеристик целлюлозных продуктовMethods for determining the characteristics of cellulose products
Для определения характеристик порошкового целлюлозного материала (ПЦ и МКЦ), полученных из разных видов ЦСС, были использованы химические и физико-химические методы анализа.To determine the characteristics of powdered cellulose material (PC and MCC) obtained from different types of CSS, chemical and physicochemical methods of analysis were used.
Определение содержания лигнина Классона проводили по методу Комарова путем обработки ПЦ и МКЦ 72 % серной кислотой [41]. The determination of the Klasson lignin content was carried out using the Komarov method by treating PC and MCC with 72% sulfuric acid [41].
Содержание целлюлозы определяли по методу Кюршнера обработкой полученных ПЦ и МКЦ этанольным раствором азотной кислоты (4:1) [42]. The cellulose content was determined using the Kürschner method by treating the obtained PC and MCC with an ethanol solution of nitric acid (4:1) [42].
Содержание гемицеллюлоз в ПЦ и МКЦ определяли, как количество легкогидролизуемых полисахаридов, образующихся при их гидролизе 2% раствором HCl [42]. The content of hemicelluloses in PC and MCC was determined as the amount of easily hydrolyzable polysaccharides formed during their hydrolysis with a 2% HCl solution [42].
Степень полимеризации ПЦ и МКЦ определяли по характеристической вязкости образцов растворенных в ЖВНК (железовиннонатриевый комплекс), используя капиллярный вискозиметр типа ВПЖ-3 с постоянной 0,03 мм2/с2 [42]. The degree of polymerization of PC and MCC was determined by the characteristic viscosity of samples dissolved in ZHVNK (iron-sodium complex) using a capillary viscometer of the VPZh-3 type with a constant of 0.03 mm2 / s2 [42].
Для оценки степени кристалличности ПЦ и МКЦ был использован метод рентгеновской дифракции. Дифрактограммы образцов были сняты на дифрактометре ДРОН-3 с использованием излучения CuKa(длина волны 0,15418 нм) с графитовым монохроматором на вторичном пучке, напряжение 32 кВ, сила тока 25 мА, шаг сканирования 0,02° 2θ, время накопления в точке 1с. Измерения проводили в интервале Брэгговских углов от 5.00° до 70.00°2θ. Из дифракционных данных рассчитывали индекс кристалличности (ИК) по методу Сегала [43]. Для этого вычитали линию фона, определяли интенсивность I002 и IАМ. ИК определяли по формуле:To assess the degree of crystallinity of PC and MCC, the X-ray diffraction method was used. The diffraction patterns of the samples were recorded on a DRON-3 diffractometer using Cu Ka radiation (wavelength 0.15418 nm) with a graphite monochromator on the secondary beam, voltage of 32 kV, current of 25 mA, scanning step of 0.02° 2θ, accumulation time at a point of 1 s. Measurements were carried out in the range of Bragg angles from 5.00° to 70.00°2θ. From the diffraction data, the crystallinity index (CI) was calculated using the Segal method [43]. For this, the background line was subtracted, the intensity of I 002 and I AM was determined. CI was determined by the formula:
И AND
где I002 интенсивность пика в области 2θ = 22°, соответствующий кристаллической области целлюлозы, where I 002 is the intensity of the peak in the region 2θ = 22°, corresponding to the crystalline region of cellulose,
IАМ минимум в области 2θ = 18° соответствующий аморфной части целлюлозы.I AM minimum in the region 2θ = 18° corresponding to the amorphous part of cellulose.
Регистрация ИК-спектров выполнена на ИК-Фурье спектрометре IRTracer-100 (Shimadzu, Япония) методом НПВО. Записан спектр фона - спектр поглощения чистого кристаллаиз ZnSe. Затем на кристалл помещён образец (образец должен полностью покрывать поверхность кристалла) и проведена регистрация ИК-спектра образца. Диапазонрегистрации ИК-спектра: 4000 - 630 см-1, разрешение съёмки - 4 см-1, число сканов - 32. Результирующим спектром является разность спектров образца и фона.Обработка спектров проведена с использованием пакета программ OPUS 7.5 (Bruker). The IR spectra were recorded on an IRTracer-100 FTIR spectrometer (Shimadzu, Japan) using the ATR method. The background spectrum, the absorption spectrum of a pure ZnSe crystal, was recorded. Then, a sample was placed on the crystal (the sample should completely cover the crystal surface), and its IR spectrum was recorded. The IR spectrum recording range was 4000 - 630 cm -1 , the shooting resolution was 4 cm -1 , the number of scans was 32. The resulting spectrum is the difference between the sample and background spectra. Spectra processing was performed using the OPUS 7.5 software package (Bruker).
Морфологию образцов целлюлозы (ПЦ и МКЦ) характеризовали методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) на микроскопе TM4000Plus (Hitachi, Япония), с ускоряющим напряжением 5-20 кВ, разрешением до 20 мкм. Исследование проводили в режиме обратно рассеянных электронов (BSE). Поскольку целлюлоза - непроводящий материал, для преодоления артефактов при получении СЭМ-изображений поверхности представленные образцы напылили слоем платины. Толщина составила примерно 0,8 нм.The morphology of cellulose samples (PC and MCC) was characterized by scanning electron microscopy (SEM) on a TM4000Plus microscope (Hitachi, Japan) with an accelerating voltage of 5-20 kV and a resolution of up to 20 μm. The study was performed in backscattered electron (BSE) mode. Since cellulose is a nonconductive material, to overcome artifacts in SEM imaging, the samples were sputter-coated with a platinum layer. The thickness was approximately 0.8 nm.
Термогравиметрический анализ целлюлоз (ПЦ и МКЦ) проводили в корундовом тигле с использованием прибора STA 449 F1 Jupiter (NETZSCH, Германия) в диапазоне температур от 30 до 900°C в потоке аргона (скорости потока защитного и продувочного газов составляли 20 и 50 мл/мин соответственно). Скорость нагревания 10°С/мин. Результаты измерений были обработаны с помощью программного пакета NETZSCH Proteus Thermal Analysis 5.1.0, поставляемого вместе с прибором.Thermogravimetric analysis of celluloses (PC and MCC) was performed in a corundum crucible using an STA 449 F1 Jupiter instrument (NETZSCH, Germany) in the temperature range from 30 to 900°C under argon flow (the flow rates of the protective and purge gases were 20 and 50 ml/min, respectively). The heating rate was 10°C/min. The measurement results were processed using the NETZSCH Proteus Thermal Analysis 5.1.0 software package supplied with the instrument.
Распределение частиц по размерам определяли методом лазерной дифракции на приборе Bettersizer S3 Plus(Bettersize Instruments LTD, Китай). Около 1-2 мг сухого порошка образца (ПЦ или МКЦ) вносили в кюветное отделение прибора, содержащее около 500 мл дистиллированной воды. Скорость циркуляции среды в ячейке 200 мл/с, мощность УЗ 30 Вт. Были записаны спектры лазерного рассеяния для образцов и обработаны с использованием теории светорассеяния Ми с использованием модели сферы эквивалентного объем. При обработке были использованы коэффициенты преломления, вычисленные при обработке дифрактограмм исследуемого образца.Particle size distribution was determined by laser diffraction using a Bettersizer S3 Plus instrument (Bettersize Instruments LTD, China). Approximately 1-2 mg of dry sample powder (PC or MCC) was added to the cuvette compartment of the instrument, containing approximately 500 ml of distilled water. The medium circulation rate in the cell was 200 ml/s, and the ultrasound power was 30 W. Laser scattering spectra of the samples were recorded and processed using Mie light scattering theory with the equivalent-volume sphere model. Refractive indices calculated from the diffraction patterns of the studied sample were used in the processing.
Конкретные примеры получения порошковых целлюлоз из различных видов целлюлосодержащего сырья приведены ниже и обобщены в таблице 1.Specific examples of obtaining powdered celluloses from various types of cellulose-containing raw materials are given below and summarized in Table 1.
Пример 1 Example 1
Воздушно сухую солому пшеницы сначала измельчают в молотковой дробилке Molot - 800, затем на роторной мельнице РМ 120, после чего рассеивают на рассевочной установке РГ- 300 для получения соломенной муки класса крупности не более 2 мм. Air-dried wheat straw is first crushed in a Molot-800 hammer mill, then in a RM 120 rotary mill, after which it is sifted in an RG-300 sifter to obtain straw flour with a size class of no more than 2 mm.
10 г измельченной соломы пшеницы (содержание лигнина 19,7 %) помещают в стеклянный реактор (колбу), объемом 0,5 л, снабженный мешалкой и обратным холодильником. Добавляют 100 мл раствора (ГМ 10), содержащий 6 мас. % Н2О2, 40 мас. % СН3СООН и 0,5 мас. % катализатора MgSO4. Процесс делигнификации осуществляют при температуре 100°С и постоянном перемешивании (700 об/мин) в течение 3 часов. Полученный продукт отделяют от раствора фильтрованием, промывают водой до нейтральной среды и сушат при температуре 103±2°С. Высушенную ПЦ измельчают на лабораторной мельнице МУЛ-М. Отделяемый раствор идет на регенерацию.10 g of chopped wheat straw (lignin content 19.7%) are placed in a 0.5 l glass reactor (flask) equipped with a stirrer and reflux condenser. 100 ml of a solution (GM 10) containing 6 wt. % H 2 O 2 , 40 wt. % CH 3 COOH and 0.5 wt. % MgSO 4 catalyst are added. The delignification process is carried out at a temperature of 100 °C and constant stirring (700 rpm) for 3 hours. The resulting product is separated from the solution by filtration, washed with water to a neutral medium and dried at a temperature of 103 ± 2 °C. The dried PC is ground in a MUL-M laboratory mill. The separated solution is used for regeneration.
Показатели: Выход ПЦ - 51,4 % от массы абсолютно сухой соломы пшеницы, содержание целлюлозы -72,0 %, содержание лигнина Классона в ПЦ - 3,6 %, гемицеллюлоз - 18,9 %, золы - 2,0 %, степень полимеризации - 855, индекс кристалличности - 0,80 (см. таблицу 1, образец №1).Indicators: PC yield - 51.4% of the mass of absolutely dry wheat straw, cellulose content - 72.0%, content of Klasson lignin in PC - 3.6%, hemicelluloses - 18.9%, ash - 2.0%, degree of polymerization - 855, crystallinity index - 0.80 (see Table 1, sample No. 1).
Пример 2 Example 2
Отличается от примера 1 тем, что для активации исходного сырья и удаления низкомолекулярных загрязняющих веществ после размола проводят обработку измельченной соломы пшеницы горячей водой в следующих условиях: температура 50°С, продолжительность 1 ч, жидкостной модуль 1:40 г/мл. Для этого навеску воздушно-сухой измельченной соломы пшеницы, массой около 11,0 г помещают в термостойкий стакан, объемом 1,0 л добавляют 440 мл дистиллированной воды, погружают в него магнитный якорь и переносят стакан на магнитную мешалку с подогревом. Скорость перемешивания составляет 300 об/мин. Через 1 час перемешивание и нагрев останавливают, обработанную солому пшеницы отделяют от водного раствора фильтрованием под вакуумом на воронке Бюхнера. Обработанную солому пшеницы отжимают на фильтре до влажности 84,4 мас. %. Такое содержание воды в обработанной соломе пшеницы позволяет не добавлять воду при приготовлении раствора для делигнификации. Влажную обработанную солому пшеницы количественно переносят в стеклянный реактор, добавляют рассчитанное количество ледяной уксусной кислоты 40 мас. % (40 мл), 6 мас. % пероксида водорода (14 мл) и 0,05 мас. % катализатора MgSO4 (0,05 г). Делигнификацию и последующие операции проводят как в примере 1. This method differs from Example 1 in that, to activate the feedstock and remove low-molecular-weight contaminants after milling, the crushed wheat straw is treated with hot water under the following conditions: temperature 50°C, duration 1 hour, liquid module 1:40 g/ml. For this purpose, a sample of air-dried crushed wheat straw weighing approximately 11.0 g is placed in a heat-resistant 1.0 L beaker, 440 ml of distilled water is added, a magnetic anchor is immersed in the beaker, and the beaker is transferred to a heated magnetic stirrer. The stirring speed is 300 rpm. After 1 hour, stirring and heating are stopped, and the treated wheat straw is separated from the aqueous solution by vacuum filtration on a Buchner funnel. The treated wheat straw is pressed on a filter to a moisture content of 84.4 wt%. This water content in the treated wheat straw eliminates the need to add water when preparing the delignification solution. The wet treated wheat straw is quantitatively transferred to a glass reactor, and the calculated amount of 40% by weight glacial acetic acid (40 ml), 6% by weight hydrogen peroxide (14 ml), and 0.05% by weight MgSO4 catalyst (0.05 g) are added. Delignification and subsequent operations are carried out as in Example 1.
Показатели: Выход ПЦ - 43,7 % от массы абсолютно сухой соломы пшеницы, содержание целлюлозы -75,2 %, содержание лигнина Классона в ПЦ - 2,4 %, гемицеллюлоз - 19,1 %, золы - 0,7 %, степень полимеризации - 896 (см. таблицу 1, образец №2).Indicators: PC yield - 43.7% of the mass of absolutely dry wheat straw, cellulose content - 75.2%, content of Klasson lignin in PC - 2.4%, hemicelluloses - 19.1%, ash - 0.7%, degree of polymerization - 896 (see Table 1, sample No. 2).
Пример 3Example 3
Измельчение исходного сырья - соломы конопли и отбор фракции проводили аналогично Примеру 1. The grinding of the initial raw material - hemp straw - and the selection of the fraction were carried out similarly to Example 1.
10 г измельченной соломы конопли (содержание лигнина 11,7 %) помещают в стеклянный реактор (колбу), объемом 0,5 л, снабженный мешалкой и обратным холодильником. Добавляют 100 мл раствора (ГМ 10), содержащий 4 мас. % Н2О2, 40 мас. % СН3СООН и 0,5 мас. % катализатора MgSO4. Процесс делигнификации осуществляют при температуре 100°С и постоянном перемешивании (700 об/мин) в течение 3 часов. Полученный продукт отделяют от раствора фильтрованием, промывают водой до нейтральной среды и сушат при температуре 103±2°С. Высушенную ПЦ измельчают на лабораторной мельнице МУЛ-М. Отделяемый раствор идет на регенерацию.10 g of chopped hemp straw (lignin content 11.7%) are placed in a 0.5 l glass reactor (flask) equipped with a stirrer and reflux condenser. 100 ml of a solution (GM 10) containing 4 wt. % H 2 O 2 , 40 wt. % CH 3 COOH and 0.5 wt. % MgSO 4 catalyst are added. The delignification process is carried out at a temperature of 100 °C and constant stirring (700 rpm) for 3 hours. The resulting product is separated from the solution by filtration, washed with water to a neutral medium and dried at a temperature of 103 ± 2 °C. The dried PC is ground in a MUL-M laboratory mill. The separated solution is used for regeneration.
Показатели: Выход ПЦ - 61,9 % от массы абсолютно сухой соломы конопли, содержание целлюлозы - 67,9 %, содержание лигнина Классона в ПЦ - 1,6%, гемицеллюлоз - 16,6 %, золы - 0,3%, степень полимеризации - 918, индекс кристалличности - 0,79 (см. таблицу 1, образец №3).Indicators: PC yield - 61.9% of the mass of absolutely dry hemp straw, cellulose content - 67.9%, Klasson lignin content in PC - 1.6%, hemicelluloses - 16.6%, ash - 0.3%, degree of polymerization - 918, crystallinity index - 0.79 (see Table 1, sample No. 3).
Пример 4Example 4
Отличается от примера 2 тем, что в качестве исходного сырья используют солому конопли. Для обработки водой берут навеску массой 12,0 г (поправка на содержание водорастворимых веществ, для получения на стадии пероксидной делигнификации обработанной соломы конопли около 10 г) и дистиллированную воду в количестве 480 мл.This differs from example 2 in that hemp straw is used as the starting material. For water treatment, a 12.0 g sample is used (adjusted for the content of water-soluble substances to obtain approximately 10 g of processed hemp straw at the peroxide delignification stage) and 480 ml of distilled water.
Влажную обработанную солому конопли количественно переносят в стеклянный реактор, добавляют рассчитанное количество ледяной уксусной кислоты 40 мас. % (40 мл), 4 мас. % пероксида водорода (10 мл) и 0,05 мас. % катализатора MgSO4 (0,05 г). Делигнификацию и последующие операции проводят как в примере 1. Wet processed hemp straw is quantitatively transferred into a glass reactor, and the calculated amount of 40 wt.% glacial acetic acid (40 ml), 4 wt.% hydrogen peroxide (10 ml), and 0.05 wt.% MgSO4 catalyst (0.05 g) are added. Delignification and subsequent operations are carried out as in Example 1.
Показатели: Выход ПЦ - 51,8 % от массы абсолютно сухой соломы конопли, содержание целлюлозы -74,8 %, содержание лигнина Классона в ПЦ - 0,6 %, гемицеллюлоз - 10,4 %, золы - 0,2 %, степень полимеризации - 904 (см. таблицу 1, образец №4).Indicators: PC yield - 51.8% of the mass of absolutely dry hemp straw, cellulose content - 74.8%, content of Klasson lignin in PC - 0.6%, hemicelluloses - 10.4%, ash - 0.2%, degree of polymerization - 904 (see Table 1, sample No. 4).
Пример 5 Example 5
Измельчение исходного сырья - соломы мискантуса и отбор фракции проводили аналогично Примеру 1. The grinding of the initial raw material - miscanthus straw - and the selection of the fraction were carried out similarly to Example 1.
10 г измельченной соломы мискантуса (содержание лигнина 20,8 %) помещают в стеклянный реактор (колбу), объемом 0,5 л, снабженный мешалкой и обратным холодильником. Добавляют 100 мл раствора (ГМ 10), содержащий 6 мас. % Н2О2, 50 мас. % СН3СООН и 0,5 мас. % катализатора MgSO4. Процесс делигнификации осуществляют при температуре 100°С и постоянном перемешивании (700 об/мин) в течение 3 часов. Полученный продукт отделяют от раствора фильтрованием, промывают водой до нейтральной среды и сушат при температуре 103±2°С. Высушенную ПЦ измельчают на лабораторной мельнице МУЛ-М. Отделяемый раствор идет на регенерацию.10 g of chopped miscanthus straw (lignin content 20.8%) are placed in a 0.5 l glass reactor (flask) equipped with a stirrer and reflux condenser. 100 ml of a solution (GM 10) containing 6 wt. % H 2 O 2 , 50 wt. % CH 3 COOH and 0.5 wt. % MgSO 4 catalyst are added. The delignification process is carried out at a temperature of 100 °C and constant stirring (700 rpm) for 3 hours. The resulting product is separated from the solution by filtration, washed with water to a neutral medium and dried at a temperature of 103 ± 2 °C. The dried PC is ground in a MUL-M laboratory mill. The separated solution is used for regeneration.
Показатели: Выход ПЦ - 47,5 % от массы абсолютно сухой соломы мискантуса, содержание целлюлозы - 61,0 %, содержание лигнина Классона в ПЦ - 6,9 %, гемицеллюлоз - 16,8 %, золы - 3,6 %, степень полимеризации - 641, индекс кристалличности - 0,68 (см. таблицу 1, образец № 5).Indicators: PC yield - 47.5% of the mass of absolutely dry miscanthus straw, cellulose content - 61.0%, Klasson lignin content in PC - 6.9%, hemicelluloses - 16.8%, ash - 3.6%, degree of polymerization - 641, crystallinity index - 0.68 (see Table 1, sample No. 5).
Пример 6Example 6
Отличается от примера 2 тем, что в качестве исходного сырья используют солому мискантуса. Для обработки водой берут навеску массой 12,5 г (поправка на содержание водорастворимых веществ, для получения на стадии пероксидной делигнификации обработанной соломы мискантуса около 10 г) и дистиллированную воду в количестве 500 мл.This differs from example 2 in that miscanthus straw is used as the starting material. For water treatment, a 12.5 g sample is used (adjusted for the content of water-soluble substances to obtain approximately 10 g of treated miscanthus straw at the peroxide delignification stage) and 500 ml of distilled water.
Влажную обработанную солому мискантуса количественно переносят в стеклянный реактор, добавляют рассчитанное количество ледяной уксусной кислоты 50 мас. % (50 мл), 6 мас. % пероксида водорода (14 мл) и 0,05 мас. % катализатора MgSO4 (0,05 г). Делигнификацию и последующие операции проводят как в примере 1. Wet treated miscanthus straw is quantitatively transferred into a glass reactor, and the calculated amount of 50 wt.% glacial acetic acid (50 ml), 6 wt.% hydrogen peroxide (14 ml), and 0.05 wt.% MgSO4 catalyst (0.05 g) are added. Delignification and subsequent operations are carried out as in Example 1.
Показатели: Выход ПЦ - 54,4 % от массы абсолютно сухой соломы мискантуса, содержание целлюлозы - 53,8 %, содержание лигнина Классона в ПЦ - 6,5 %, гемицеллюлоз - 16,8 %, золы - 2,4 %, степень полимеризации - 790 (см. таблицу 1, образец № 6).Indicators: PC yield - 54.4% of the mass of absolutely dry miscanthus straw, cellulose content - 53.8%, Klasson lignin content in PC - 6.5%, hemicelluloses - 16.8%, ash - 2.4%, degree of polymerization - 790 (see Table 1, sample No. 6).
Пример 7 Example 7
Измельчение исходного сырья - соломы ячменя и отбор фракции проводили аналогично Примеру 1. The grinding of the initial raw material - barley straw - and the selection of the fraction were carried out similarly to Example 1.
10 г измельченной соломы ячменя (содержание лигнина 23,1 %) помещают в стеклянный реактор (колбу), объемом 0,5 л, снабженный мешалкой и обратным холодильником. Добавляют 100 мл раствора (ГМ 10), содержащий 5 мас. % Н2О2, 60 мас. % СН3СООН и 0,5 мас. % катализатора MgSO4. Процесс делигнификации осуществляют при температуре 100°С и постоянном перемешивании (700 об/мин) в течение 3 часов. Полученный продукт отделяют от раствора фильтрованием, промывают водой до нейтральной среды и сушат при температуре 103±2°С. Высушенную ПЦ измельчают на лабораторной мельнице МУЛ-М. Отделяемый раствор идет на регенерацию.10 g of crushed barley straw (lignin content 23.1%) are placed in a 0.5 l glass reactor (flask) equipped with a stirrer and reflux condenser. 100 ml of a solution (GM 10) containing 5 wt. % H 2 O 2 , 60 wt. % CH 3 COOH and 0.5 wt. % MgSO 4 catalyst are added. The delignification process is carried out at a temperature of 100 °C and constant stirring (700 rpm) for 3 hours. The resulting product is separated from the solution by filtration, washed with water to a neutral medium and dried at a temperature of 103 ± 2 °C. The dried PC is ground in a MUL-M laboratory mill. The separated solution is used for regeneration.
Показатели: Выход ПЦ - 51,6 % от массы абсолютно сухой соломы ячменя, содержание целлюлозы - 58,1 %, содержание лигнина Классона в ПЦ - 6,6 %, гемицеллюлоз - 17,7 %, золы - 5,3 %, степень полимеризации - 718, индекс кристалличности - 0,74 (см. таблицу 1, образец № 7).Indicators: PC yield - 51.6% of the mass of absolutely dry barley straw, cellulose content - 58.1%, Klasson lignin content in PC - 6.6%, hemicelluloses - 17.7%, ash - 5.3%, degree of polymerization - 718, crystallinity index - 0.74 (see Table 1, sample No. 7).
Пример 8Example 8
Отличается от примера 2 тем, что в качестве исходного сырья используют солому ячменя. Для обработки водой берут навеску массой 11,5 г (поправка на содержание водорастворимых веществ, для получения для стадии пероксидной делигнификации обработанной соломы мискантуса около 10 г) и дистиллированную воду в количестве 460 мл.This differs from example 2 in that barley straw is used as the starting material. For water treatment, a sample weighing 11.5 g is used (adjusted for the content of water-soluble substances to obtain approximately 10 g of treated miscanthus straw for the peroxide delignification stage) and 460 ml of distilled water.
Влажную обработанную солому ячменя количественно переносят в стеклянный реактор, добавляют рассчитанное количество ледяной уксусной кислоты 60 мас. % (60 мл), 5 мас. % пероксида водорода (12 мл) и 0,05 мас. % катализатора MgSO4 (0,05 г). Делигнификацию и последующие операции проводят как в примере 1. Wet treated barley straw is quantitatively transferred into a glass reactor, and the calculated amount of 60 wt.% glacial acetic acid (60 ml), 5 wt.% hydrogen peroxide (12 ml), and 0.05 wt.% MgSO4 catalyst (0.05 g) are added. Delignification and subsequent operations are carried out as in Example 1.
Показатели: Выход ПЦ - 48,0 % от массы абсолютно сухой соломы ячменя, содержание целлюлозы - 61,5 %, содержание лигнина Классона в ПЦ - 4,3 %, гемицеллюлоз - 19,6, золы - 2,4 %, степень полимеризации - 616 (см. таблицу 1, образец № 8).Indicators: PC yield - 48.0% of the mass of absolutely dry barley straw, cellulose content - 61.5%, Klasson lignin content in PC - 4.3%, hemicelluloses - 19.6, ash - 2.4%, degree of polymerization - 616 (see Table 1, sample No. 8).
Пример 9 Example 9
Измельчение исходного сырья - древесины и отбор фракции проводили аналогично Примеру 1. The grinding of the initial raw material - wood and the selection of the fraction were carried out similarly to Example 1.
10 г измельченной древесины (содержание лигнина 28,5 %) помещают в стеклянный реактор (колбу), объемом 0,5 л, снабженный мешалкой и обратным холодильником. Добавляют 100 мл раствора (ГМ 10), содержащий 6 мас. % Н2О2, 50 мас. % СН3СООН и 0,5 мас. % катализатора MgSO4. Процесс делигнификации осуществляют при температуре 100°С и постоянном перемешивании (700 об/мин) в течение 3 часов. Полученный продукт отделяют от раствора фильтрованием, промывают водой до нейтральной среды и сушат при температуре 103±2°С. Высушенную ПЦ измельчают на лабораторной мельнице МУЛ-М. Отделяемый раствор идет на регенерацию.10 g of crushed wood (lignin content 28.5%) are placed in a 0.5 l glass reactor (flask) equipped with a stirrer and reflux condenser. 100 ml of a solution (GM 10) containing 6 wt. % H 2 O 2 , 50 wt. % CH 3 COOH and 0.5 wt. % MgSO 4 catalyst are added. The delignification process is carried out at a temperature of 100 °C and constant stirring (700 rpm) for 3 hours. The resulting product is separated from the solution by filtration, washed with water to a neutral medium and dried at a temperature of 103 ± 2 °C. The dried PC is ground in a MUL-M laboratory mill. The separated solution is used for regeneration.
Показатели: Выход ПЦ - 55,6 % от массы абсолютно сухой древесины, содержание целлюлозы - 78,1 %, содержание лигнина Классона в ПЦ - 3,2 %, гемицеллюлоз - 9,9 %, золы - 0,3 %, степень полимеризации - 472, индекс кристалличности - 0,86 (см. таблицу 1, образец № 9).Indicators: PC yield - 55.6% of the mass of absolutely dry wood, cellulose content - 78.1%, Klasson lignin content in PC - 3.2%, hemicelluloses - 9.9%, ash - 0.3%, degree of polymerization - 472, crystallinity index - 0.86 (see Table 1, sample No. 9).
Пример 10Example 10
Отличается от примера 2 тем, что в качестве исходного сырья используют древесину. Для обработки водой берут навеску массой 10,6 г (поправка на содержание водорастворимых веществ, для получения для стадии пероксидной делигнификации обработанной соломы мискантуса около 10 г) и дистиллированную воду в количестве 424 мл.This differs from example 2 in that wood is used as the feedstock. For water treatment, a 10.6 g sample is used (adjusted for the content of water-soluble substances to obtain approximately 10 g of treated miscanthus straw for the peroxide delignification stage) and 424 ml of distilled water are added.
Влажную обработанную древесину количественно переносят в стеклянный реактор, добавляют рассчитанное количество ледяной уксусной кислоты 50 мас. % (50 мл), 6 мас. % пероксида водорода (14 мл) и 0,05 мас. % катализатора MgSO4 (0,05 г). Делигнификацию и последующие операции проводят как в примере 1. The wet treated wood is quantitatively transferred into a glass reactor, and the calculated amount of 50 wt.% glacial acetic acid (50 ml), 6 wt.% hydrogen peroxide (14 ml), and 0.05 wt.% MgSO4 catalyst (0.05 g) are added. Delignification and subsequent operations are carried out as in Example 1.
Показатели: Выход ПЦ - 54,9 % от массы абсолютно сухой древесины, содержание целлюлозы - 80,3 %, содержание лигнина Классона в ПЦ - 1,4 %, гемицеллюлоз - 9,2 %, золы - 0,1 %, степень полимеризации - 488 (см. таблицу 1, образец № 10).Indicators: PC yield - 54.9% of the mass of absolutely dry wood, cellulose content - 80.3%, content of Klasson lignin in PC - 1.4%, hemicelluloses - 9.2%, ash - 0.1%, degree of polymerization - 488 (see Table 1, sample No. 10).
Пример 11 Example 11
Измельчение исходного сырья - костры льна и отбор фракции проводили аналогично Примеру 1. The grinding of the initial raw material - flax shives - and the selection of the fraction were carried out similarly to Example 1.
10 г измельченной костры льна (содержание лигнина 30,4 %) помещают в стеклянный реактор (колбу), объемом 0,5 л, снабженный мешалкой и обратным холодильником. Добавляют 100 мл раствора (ГМ 10), содержащий 6 мас. % Н2О2, 50 мас. % СН3СООН и 0,5 мас. % катализатора MgSO4. Процесс делигнификации осуществляют при температуре 100°С и постоянном перемешивании (700 об/мин) в течение 3 часов. Полученный продукт отделяют от раствора фильтрованием, промывают водой до нейтральной среды и сушат при температуре 103±2°С. Высушенную ПЦ измельчают на лабораторной мельнице МУЛ-М. Отделяемый раствор идет на регенерацию.10 g of crushed flax shives (lignin content 30.4%) are placed in a 0.5 l glass reactor (flask) equipped with a stirrer and reflux condenser. 100 ml of a solution (GM 10) containing 6 wt. % H 2 O 2 , 50 wt. % CH 3 COOH and 0.5 wt. % MgSO 4 catalyst are added. The delignification process is carried out at a temperature of 100 °C and constant stirring (700 rpm) for 3 hours. The resulting product is separated from the solution by filtration, washed with water to a neutral medium and dried at a temperature of 103 ± 2 °C. The dried flax shives are ground in a MUL-M laboratory mill. The separated solution is used for regeneration.
Показатели: Выход ПЦ - 61,9 % от массы абсолютно костры льна, содержание целлюлозы - 63,6 %, содержание лигнина Классона в ПЦ - 2,5 %, гемицеллюлоз - 9,0 %, золы - 2,3 %, степень полимеризации - 829, индекс кристалличности - 0,77 (см. таблицу 1, образец № 11).Indicators: PC yield - 61.9% of the mass of absolute flax shives, cellulose content - 63.6%, content of Klasson lignin in PC - 2.5%, hemicelluloses - 9.0%, ash - 2.3%, degree of polymerization - 829, crystallinity index - 0.77 (see Table 1, sample No. 11).
Пример 12 Example 12
Отличается от примера 2 тем, что в качестве исходного сырья используют костру льна. Для обработки водой берут навеску массой 10,9 г (поправка на содержание водорастворимых веществ, для получения для стадии пероксидной делигнификации обработанной соломы мискантуса около 10 г) и дистиллированную воду в количестве 436 мл.This differs from example 2 in that flax shive is used as the starting material. For water treatment, a 10.9 g sample is used (adjusted for the content of water-soluble substances to obtain approximately 10 g of treated miscanthus straw for the peroxide delignification stage) and 436 ml of distilled water.
Влажную обработанную костру льна количественно переносят в стеклянный реактор, добавляют рассчитанное количество ледяной уксусной кислоты 50 мас. % (50 мл), 6 мас. % пероксида водорода (14 мл) и 0,05 мас. % катализатора MgSO4 (0,05 г). Делигнификацию и последующие операции проводят как в примере 1. The wet processed flax shives are quantitatively transferred into a glass reactor, and the calculated amount of 50 wt.% glacial acetic acid (50 ml), 6 wt.% hydrogen peroxide (14 ml), and 0.05 wt.% MgSO4 catalyst (0.05 g) are added. Delignification and subsequent operations are carried out as in Example 1.
Показатели: Выход ПЦ - 48,7 % от массы абсолютно сухой древесины, содержание целлюлозы - 69,3 %, содержание лигнина Классона в ПЦ - 1,8 %, гемицеллюлоз - 7,6 %, золы - 0,8 %, степень полимеризации - 882 (см. таблицу 1, образец № 12).Indicators: PC yield - 48.7% of the mass of absolutely dry wood, cellulose content - 69.3%, content of Klasson lignin in PC - 1.8%, hemicelluloses - 7.6%, ash - 0.8%, degree of polymerization - 882 (see Table 1, sample No. 12).
Таблица 1. Выход и состав образцов порошковой целлюлозы (ПЦ), полученных каталитической пероксидной делигнификации сырья (продолжительность обработки 3 часа при температуре кипения смеси, катализатор 0,5 мас. % MgSO4)Table 1. Yield and composition of powdered cellulose (PC) samples obtained by catalytic peroxide delignification of raw materials (treatment duration 3 hours at the boiling temperature of the mixture, catalyst 0.5 wt.% MgSO 4 )
6-40-10*PC Wheat Straw outg.
6-40-10*
6-40-10*PC Wheat Straw, sample H2O
6-40-10*
4-40-10*PC Hemp Straw origin.
4-40-10*
4-40-10*PC Hemp Straw, sample H2O
4-40-10*
6-50-10*PC Miscanthus straw, outg.
6-50-10*
6-50-10*PC Miscanthus straw, sample H 2 O
6-50-10*
5-60-10*PC Straw barley iskh.
5-60-10*
5-60-10*PC Straw barley sample H 2 O
5-60-10*
6-50-10*PC Wood source
6-50-10*
6-50-10*PC Wood sample H 2 O
6-50-10*
6-50-10*PC Flax Fire, outgoing
6-50-10*
6-50-10*PC Flax fire sample H 2 O
6-50-10*
*условия делигнификации: концентрация Н2О2 - концентрация СН3СООН - Гидромодуль; *delignification conditions: concentration of H2O2 - concentration of CH3COOH - Hydromodulus;
**выход на а.с. исходное сырье / выход на а.с. обработанное водой сырьеПо своим характеристикам целлюлозные продукты, полученные из соломы пшеницы, конопли, костры льна, древесины, соломы ячменя и мискантуса одностадийным способом, совмещающим в едином технологическом цикле процессы делигнификации, отбелки и гидролиза, относятся к классу порошковых целлюлоз (табл. 1).**yield to dry weight of original raw material / yield to dry weight of water-treated raw materialAccording to their characteristics, cellulose products obtained from wheat straw, hemp, flax shives, wood, barley straw and miscanthus by a single-stage method, combining the processes of delignification, bleaching and hydrolysis in a single technological cycle, belong to the class of powdered celluloses (Table 1).
Для образцов порошковых целлюлоз, полученных из соломы пшеницы и конопли, были проведены дополнительные исследования методами ИКС, СЭМ, ДТА, лазерной дифракции.For samples of powdered cellulose obtained from wheat and hemp straw, additional studies were carried out using IR, SEM, DTA, and laser diffraction methods.
На фиг. 1 представлены ИК спектры порошковых целлюлоз, полученных из соломы пшеницы и соломы конопли.Fig. 1 shows the IR spectra of powdered celluloses obtained from wheat straw and hemp straw.
Все характерные пики на ИК спектре (фиг. 1) соответствуют целлюлозе: 3340, 2897, 1430, 1162, 1106, 1055, 897 см-1. В обоих образцах присутствуют гемицеллюлозы, полоса при 1726 cм-1. Лигнин находится в следовых количествах или отсутствует, полоса поглощения: ~1600см-1 (наложение с адс. водой), 1505 cм-1отсутствует, 1465cм-1 (наложение с С-Н колебаниями).All characteristic peaks in the IR spectrum (Fig. 1) correspond to cellulose: 3340, 2897, 1430, 1162, 1106, 1055, 897 cm -1 . Hemicelluloses are present in both samples, a band at 1726 cm -1 . Lignin is present in trace amounts or is absent, absorption band: ~1600 cm -1 (overlap with adsorbed water), 1505 cm -1 is absent, 1465 cm -1 (overlap with C-H vibrations).
Согласно данным СЭМ (фиг. 2, 3), порошковая целлюлоза, полученная из соломы пшеницы, представляет собой разнообразные частицы как волокна, так и рыхлые частицы и «листочки». Волокна имеют длину 100-400 мкм; диаметр 7-12 мкм. Встречаются агрегаты волокон длиной 500-700 мкм (фиг. 2). Частицы порошковой целлюлозы, полученной из соломы конопли, представляют собой волокна с длиной 180-400 мкм; диаметром преимущественно10-11 мкм, с наличием фракции с большим диаметром (25-30) мкм (фиг. 3) According to SEM data (Figs. 2, 3), powdered cellulose obtained from wheat straw is a variety of particles, both fibers and loose particles and "leaflets". The fibers are 100-400 μm long; diameter 7-12 μm. Aggregates of fibers 500-700 μm long are found (Fig. 2). Particles of powdered cellulose obtained from hemp straw are fibers 180-400 μm long; diameter predominantly 10-11 μm, with the presence of a fraction with a larger diameter (25-30) μm (Fig. 3)
Согласно данным термического анализа (фиг. 4) исследованные образцы ПЦ обладают различной термостойкостью, которая характеризуется разной температурой начала основного разложения структуры. Образец ПЦ соломы пшеницы более термостойкий, чем образец ПЦ соломы конопли. В то же время, скорость убыли массы, связанная выделением продуктов термического распада, образца ПЦ соломы пшеницы намного больше, чем в случае образца ПЦ соломы конопли. Это может говорить о том, что в результате термической деструкции образца ПЦ соломы пшеницы образуются фрагменты с более низкой молекулярной массой и, вследствие, более низкой термической стойкостью. Косвенным подтверждением этого факта служит меньшая величина углеродистого остатка, образовавшегося в конце пиролиза.According to thermal analysis data (Fig. 4), the studied PC samples exhibit different thermal stability, characterized by different temperatures at which primary structural decomposition begins. The wheat straw PC sample is more thermally stable than the hemp straw PC sample. At the same time, the rate of mass loss associated with the release of thermal decomposition products is significantly greater for the wheat straw PC sample than for the hemp straw PC sample. This may indicate that thermal degradation of the wheat straw PC sample results in fragments with lower molecular weight and, consequently, lower thermal stability. This is indirectly confirmed by the lower amount of carbon residue formed at the end of pyrolysis.
По кривым объемного распределения частиц полученных порошковых целлюлоз (фиг. 5, 6), были получены данные, представленные в табл. 2.Based on the volume distribution curves of the particles of the obtained powdered celluloses (Fig. 5, 6), the data presented in Table 2 were obtained.
Таблица 2. Распределение частиц по размерам порошковых целлюлозTable 2. Particle size distribution of powdered celluloses
Порошковая целлюлоза, полученная из соломы пшеницы, на 97% состоит из частиц размером 570 мкм, порошковая целлюлоза из соломы конопли из частиц размером 753 мкм.Powdered cellulose obtained from wheat straw consists of 97% particles of 570 µm in size, powdered cellulose from hemp straw consists of particles of 753 µm in size.
Для получения из лигноцеллюлозного сырья целлюлозных продуктов с характеристиками, соответствующими микрокристаллической целлюлозе использованы дополнительные стадии обработки ЦСС и получаемых порошковых целлюлоз.To obtain cellulose products with characteristics corresponding to microcrystalline cellulose from lignocellulose raw materials, additional stages of processing of the CSS and the resulting powdered cellulose were used.
Двухстадийный способ получения МКЦ включает стадии каталитической пероксидной делигнификации и кислотного гидролиза получаемой ПЦ. Интеграция процессов каталитической пероксидной делигнификации ЦСС и кислотного гидролиза образующейся порошковой целлюлозы позволяет уменьшить содержание гемицеллюлоз и аморфной целлюлозы, снизить степень полимеризации и повысить индекс кристалличности полученной МКЦ.The two-stage process for producing MCC involves catalytic peroxide delignification and acid hydrolysis of the resulting PC. The integration of catalytic peroxide delignification of CSS and acid hydrolysis of the resulting cellulose powder allows for a reduction in the content of hemicelluloses and amorphous cellulose, a lower degree of polymerization, and an increased crystallinity index of the resulting MCC.
Использование обработки исходного целлюлозосодержащего сырья кипящей водой, предшествующей пероксидной делигнификации и кислотного гидролиза способствует снижению содержания минеральных примесей (золы) и остаточного лигнина в получаемых целлюлозных продуктах. The use of boiling water treatment of the initial cellulose-containing raw material, preceded by peroxide delignification and acid hydrolysis, helps to reduce the content of mineral impurities (ash) and residual lignin in the resulting cellulose products.
Конкретные примеры получения микрокристаллической целлюлозы из различных видов ЦСС с использованием двухстадийных и трехстадийных способов приведены ниже и обобщены в табл. № 3-6.Specific examples of obtaining microcrystalline cellulose from various types of CSS using two-stage and three-stage methods are given below and summarized in Tables 3-6.
Пример 13Example 13
Данный способ получения МКЦ включает стадии каталитической пероксидной делигнификации ЦСС и сернокислотного гидролиза целлюлозного продукта.This method for producing MCC includes the stages of catalytic peroxide delignification of CSS and sulfuric acid hydrolysis of the cellulose product.
Целлюлозный продукт соломы пшеницы, полученный в примере 1, подвергают кислотному гидролизу 2 н (10 %) раствором серной кислоты. Для этого целлюлозный продукт соломы пшеницы, массой 10,0 г помещают в термически стойкую плоскодонную колбу объемом 1,0 л добавляют 200 мл 10-%-ного раствора H2SO4 (жидкостной модуль1:20 г/мл). Колбу переносят на электрическую плитку, к колбе присоединяют обратный холодильник, и осуществляют процесс кислотного гидролиза при кипении реакционной смеси в течение 45 минут с момента закипания раствора. Полученную микрокристаллическую целлюлозу отделяют от кислотного раствора фильтрованием под вакуумом на воронке Бюхнера, промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции промывных вод (контроль по лакмусовой бумаге). МКЦ из воронки Бюхнера переносят в чашку Петри и подсушивают на воздухе в течение 12 часов, затем помещают в сушильный шкаф, где высушивают её до постоянной массы при температуре 103 + 2°С. Высушенную МКЦ измельчают на лабораторной мельнице МУЛ-М.The wheat straw cellulose product obtained in Example 1 is subjected to acid hydrolysis with a 2 N (10%) sulfuric acid solution. For this purpose, 10.0 g of the wheat straw cellulose product is placed in a heat-resistant 1.0 L flat-bottomed flask, and 200 mL of a 10% H 2 SO 4 solution (liquid ratio 1:20 g/mL) is added. The flask is transferred to an electric hotplate, a reflux condenser is attached to the flask, and the acid hydrolysis process is carried out with the reaction mixture boiling for 45 minutes from the moment the solution begins to boil. The resulting microcrystalline cellulose is separated from the acid solution by vacuum filtration on a Buchner funnel and washed with distilled water until the washings are neutral (tested with litmus paper). The MCC from the Buchner funnel is transferred to a Petri dish and air-dried for 12 hours. It is then placed in a drying oven, where it is dried to a constant weight at a temperature of 103°C (+2°C). The dried MCC is ground in a MUL-M laboratory mill.
Показатели: Выход МКЦ - 41,2 % от массы абсолютно сухой соломы пшеницы, содержание целлюлозы -78,0 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 4,2%, гемицеллюлоз - 14,7 %, золы - 2,9 %, степень полимеризации - 455 (см. табл. 3, образец № 1).Indicators: MCC yield - 41.2% of the mass of absolutely dry wheat straw, cellulose content - 78.0%, Klasson lignin content in MCC - 4.2%, hemicelluloses - 14.7%, ash - 2.9%, degree of polymerization - 455 (see Table 3, sample No. 1).
Пример 14Example 14
Отличается от примера 13 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из соломы конопли, согласно способу, описанному в примере 3. Условия кислотного гидролиза те же.It differs from example 13 in that the starting material used is a cellulose product obtained from hemp straw, according to the method described in example 3. The conditions for acid hydrolysis are the same.
Показатели: Выход МКЦ - 44,3 % от массы абсолютно сухой соломы конопли, содержание целлюлозы -86,1 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 0,3%, гемицеллюлоз - 10,4 %, золы - 0,08 %, степень полимеризации - 245 (см. табл. 3, образец № 2).Indicators: MCC yield - 44.3% of the mass of absolutely dry hemp straw, cellulose content - 86.1%, Klasson lignin content in MCC - 0.3%, hemicelluloses - 10.4%, ash - 0.08%, degree of polymerization - 245 (see Table 3, sample No. 2).
Пример 15Example 15
Отличается от примера 13 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из соломы мискантуса, согласно способу, описанному в примере 5. Условия кислотного гидролиза те же.It differs from example 13 in that the starting material used is a cellulose product obtained from miscanthus straw, according to the method described in example 5. The conditions for acid hydrolysis are the same.
Показатели: Выход МКЦ - 22,6 % от массы абсолютно сухой соломы мискантуса, содержание целлюлозы - 76,4 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 7,6 %, гемицеллюлоз - 10,7 %, золы -4,4 %, степень полимеризации - 930 (см. табл. 3, образец № 3).Indicators: MCC yield - 22.6% of the mass of absolutely dry miscanthus straw, cellulose content - 76.4%, Klasson lignin content in MCC - 7.6%, hemicelluloses - 10.7%, ash - 4.4%, degree of polymerization - 930 (see Table 3, sample No. 3).
Пример 16Example 16
Отличается от примера 13 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из соломы ячменя, согласно способу, описанному в примере 7. Условия кислотного гидролиза те же.It differs from example 13 in that the starting material used is a cellulose product obtained from barley straw, according to the method described in example 7. The conditions for acid hydrolysis are the same.
Показатели: Выход МКЦ - 39,0 % от массы абсолютно сухой соломы ячменя, содержание целлюлозы - 68,9 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 9,8 %, гемицеллюлоз - 12,3 %, золы - 5,7 %, степень полимеризации - 408 (см. табл. 3, образец № 4).Indicators: MCC yield - 39.0% of the mass of absolutely dry barley straw, cellulose content - 68.9%, Klasson lignin content in MCC - 9.8%, hemicelluloses - 12.3%, ash - 5.7%, degree of polymerization - 408 (see Table 3, sample No. 4).
Пример 17Example 17
Отличается от примера 13 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из костры льна, согласно способу, описанному в примере 11. Условия кислотного гидролиза те же.It differs from example 13 in that the starting material used is a cellulose product obtained from flax shives, according to the method described in example 11. The conditions for acid hydrolysis are the same.
Показатели: Выход МКЦ - 39,0 % от массы абсолютно сухой соломы ячменя, содержание целлюлозы - 78,7 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 3,0 %, гемицеллюлоз - 10,2 %, золы - 0,1 %, степень полимеризации - 755 (см. табл. 3, образец № 5).Indicators: MCC yield - 39.0% of the mass of absolutely dry barley straw, cellulose content - 78.7%, Klasson lignin content in MCC - 3.0%, hemicelluloses - 10.2%, ash - 0.1%, degree of polymerization - 755 (see Table 3, sample No. 5).
Пример 18Example 18
Отличается от примера 13 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из древесины, согласно способу, описанному в примере 9. Условия кислотного гидролиза те же.It differs from example 13 in that the starting material used is a cellulose product obtained from wood, according to the method described in example 9. The conditions of acid hydrolysis are the same.
Показатели: Выход МКЦ - 38,4 % от массы абсолютно сухой древесины, содержание целлюлозы - 87,9 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 1,6 %, гемицеллюлоз - 8,1 %, золы - 0,0 %, степень полимеризации - 300 (см. табл. 3, образец № 6).Indicators: MCC yield - 38.4% of the mass of absolutely dry wood, cellulose content - 87.9%, Klasson lignin content in MCC - 1.6%, hemicelluloses - 8.1%, ash - 0.0%, degree of polymerization - 300 (see Table 3, sample No. 6).
Пример 19Example 19
Данный способ получения МКЦ включает стадии обработки ЦСС горячей водой, каталитической пероксидной делигнификации промытого сырья и сернокислотного гидролиза целлюлозного продукта.This method for producing MCC includes the stages of treating the CCC with hot water, catalytic peroxide delignification of the washed raw material and sulfuric acid hydrolysis of the cellulose product.
Целлюлозный продукт, полученный из обработанной водой соломы пшеницы, согласно способу, описанному в примере 2, подвергают кислотному гидролизу 2 н (10 %) раствором серной кислоты. Для этого целлюлозный продукт соломы пшеницы, массой 10,0 г помещают в термически стойкую плоскодонную колбу объемом 1,0 л добавляют 200 мл 10-%-ного раствора H2SO4 (жидкостной модуль 1:20 г/мл). Колбу переносят на электрическую плитку, к колбе присоединяют обратный холодильник, и осуществляют процесс кислотного гидролиза при кипении реакционной смеси в течение 45 минут с момента закипания раствора. Полученную микрокристаллическую целлюлозу отделяют от кислотного раствора фильтрованием под вакуумом на воронке Бюхнера, промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции промывных вод (контроль по лакмусовой бумаге). МКЦ из воронки Бюхнера переносят в чашку Петри и подсушивают на воздухе в течение 12 часов, затем помещают в сушильный шкаф, где высушивают её до постоянной массы при температуре 103 + 2°С. Высушенную МКЦ измельчают на лабораторной мельнице МУЛ-М.The cellulose product obtained from water-treated wheat straw, according to the method described in Example 2, is subjected to acid hydrolysis with a 2 N (10%) sulfuric acid solution. For this, 10.0 g of the wheat straw cellulose product is placed in a heat-resistant, flat-bottomed, 1.0 L flask, and 200 ml of a 10% H 2 SO 4 solution (liquid ratio 1:20 g/ml) are added. The flask is transferred to an electric hotplate, a reflux condenser is attached to the flask, and the acid hydrolysis process is carried out with the reaction mixture boiling for 45 minutes from the moment the solution begins to boil. The resulting microcrystalline cellulose is separated from the acid solution by vacuum filtration on a Buchner funnel and washed with distilled water until the washings are neutral (tested with litmus paper). The MCC from the Buchner funnel is transferred to a Petri dish and air-dried for 12 hours. It is then placed in a drying oven, where it is dried to a constant weight at a temperature of 103°C (+2°C). The dried MCC is ground in a MUL-M laboratory mill.
Показатели: Выход МКЦ - 39,9 % от массы абсолютно сухой соломы пшеницы, содержание целлюлозы - 84,2 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 2,2%, гемицеллюлоз - 12,4 %, золы - 1,2 %, степень полимеризации - 293 (см. таблицу 4, образец № 1).Indicators: MCC yield - 39.9% of the mass of absolutely dry wheat straw, cellulose content - 84.2%, Klasson lignin content in MCC - 2.2%, hemicelluloses - 12.4%, ash - 1.2%, degree of polymerization - 293 (see Table 4, sample No. 1).
Пример 20Example 20
Отличается от примера 19 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из обработанной водой соломы конопли, согласно способу, описанному в примере 4. Условия кислотного гидролиза те же.It differs from example 19 in that the starting material used is a cellulose product obtained from hemp straw treated with water, according to the method described in example 4. The conditions of acid hydrolysis are the same.
Показатели: Выход МКЦ - 43,0 % от массы абсолютно сухой соломы конопли, содержание целлюлозы -86,2 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 0,2 %, гемицеллюлоз - 10,7 %, золы - 0,06 %, степень полимеризации - 251 (см. табл. 4, образец № 2).Indicators: MCC yield - 43.0% of the mass of absolutely dry hemp straw, cellulose content - 86.2%, Klasson lignin content in MCC - 0.2%, hemicelluloses - 10.7%, ash - 0.06%, degree of polymerization - 251 (see Table 4, sample No. 2).
Пример 21Example 21
Отличается от примера 19 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из обработанной водой соломы мискантуса, согласно способу, описанному в примере 6. Условия кислотного гидролиза те же.It differs from example 19 in that the starting material used is a cellulose product obtained from water-treated miscanthus straw, according to the method described in example 6. The conditions of acid hydrolysis are the same.
Показатели: Выход МКЦ - 35,4 % от массы абсолютно сухой соломы мискантуса, содержание целлюлозы - 63,7 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 5,0%, гемицеллюлоз - 9,5 %, золы - 2,0 %, степень полимеризации - 565 (см. табл. 4, образец № 3).Indicators: MCC yield - 35.4% of the mass of absolutely dry miscanthus straw, cellulose content - 63.7%, Klasson lignin content in MCC - 5.0%, hemicelluloses - 9.5%, ash - 2.0%, degree of polymerization - 565 (see Table 4, sample No. 3).
Пример 22Example 22
Отличается от примера 19 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из обработанной водой соломы ячменя, согласно способу, описанному в примере 8. Условия кислотного гидролиза те же.It differs from example 19 in that the starting material used is a cellulose product obtained from barley straw treated with water, according to the method described in example 8. The conditions of acid hydrolysis are the same.
Показатели: Выход МКЦ - 35,4 % от массы абсолютно сухой соломы ячмня, содержание целлюлозы - 78,3 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 5,4%, гемицеллюлоз - 12,2 %, золы - 2,2 %, степень полимеризации - 380 (см. табл. 4, образец № 4).Indicators: MCC yield - 35.4% of the mass of absolutely dry barley straw, cellulose content - 78.3%, Klasson lignin content in MCC - 5.4%, hemicelluloses - 12.2%, ash - 2.2%, degree of polymerization - 380 (see Table 4, sample No. 4).
Пример 23Example 23
Отличается от примера 19 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из обработанной водой костры льна, согласно способу, описанному в примере 12. Условия кислотного гидролиза те же.It differs from example 19 in that the starting material used is a cellulose product obtained from flax shives treated with water, according to the method described in example 12. The conditions for acid hydrolysis are the same.
Показатели: Выход МКЦ - 35,2 % от массы абсолютно сухой костры льна, содержание целлюлозы - 84,6 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 0,2 %, гемицеллюлоз - 9,1 %, золы - 0,08%, степень полимеризации - 553 (см. табл. 4, образец № 5).Indicators: MCC yield - 35.2% of the weight of absolutely dry flax shives, cellulose content - 84.6%, Klasson lignin content in MCC - 0.2%, hemicelluloses - 9.1%, ash - 0.08%, degree of polymerization - 553 (see Table 4, sample No. 5).
Пример 24Example 24
Отличается от примера 19 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из обработанной водой древесины, согласно способу, описанному в примере 10. Условия кислотного гидролиза те же.It differs from example 19 in that the starting material used is a cellulose product obtained from water-treated wood, according to the method described in example 10. The conditions of acid hydrolysis are the same.
Показатели: Выход МКЦ - 38,2 % от массы абсолютно сухой древесины, содержание целлюлозы - 88,7 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 1,4 %, гемицеллюлоз - 10,3 %, золы - 0,0%, степень полимеризации - 222 (см. табл. 4, образец № 6).Indicators: MCC yield - 38.2% of the mass of absolutely dry wood, cellulose content - 88.7%, Klasson lignin content in MCC - 1.4%, hemicelluloses - 10.3%, ash - 0.0%, degree of polymerization - 222 (see Table 4, sample No. 6).
Пример 25Example 25
Данный способ получения МКЦ включает стадии каталитической пероксидной делигнификации, щелочной обработки и сернокислотного гидролиза целлюлозного продукта.This method for producing MCC includes the stages of catalytic peroxide delignification, alkaline treatment and sulfuric acid hydrolysis of the cellulose product.
Целлюлозный продукт, полученный из соломы пшеницы, согласно способу, описанному в примере 1, массой 10 г переносят в стеклянный стакан объемом 1 л, приливают к нему 250 мл 4%-ного раствора NaOH (жидкостной модуль1:25 г/мл). Стакан помещают на платформу магнитной мешалки и осуществляют процесс щелочной обработки при комнатной температуре в течение 3 ч и скорости перемешивания 350 об/мин. Целлюлозу отделяют от щелочного раствора фильтрованием под вакуумом на воронке Бюхнера, промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции промывных вод (контроль по лакмусовой бумаге), тщательно отжимают на фильтре от остатков воды и направляют на стадию кислотного гидролиза. Кислотный гидролиз и выделение МКЦ осуществляют, как описано в примере 13.A 10-g portion of the cellulose product obtained from wheat straw, according to the method described in Example 1, is transferred to a 1-liter glass beaker, and 250 ml of a 4% NaOH solution (liquid ratio 1:25 g/ml) is added. The beaker is placed on a magnetic stirrer platform, and an alkaline treatment is performed at room temperature for 3 hours at a stirring speed of 350 rpm. The cellulose is separated from the alkaline solution by vacuum filtration on a Buchner funnel, washed with distilled water until the wash water is neutral (tested with litmus paper), thoroughly squeezed to remove residual water, and sent to the acid hydrolysis stage. Acid hydrolysis and MCC recovery are carried out as described in Example 13.
Показатели: Выход МКЦ - 35,0 % от массы абсолютно сухой соломы пшеницы, содержание целлюлозы - 83,1 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 1,8%, гемицеллюлоз - 14,0 %, золы - 1,1 %, степень полимеризации - 304 (см. табл. 5, образец № 1).Indicators: MCC yield - 35.0% of the mass of absolutely dry wheat straw, cellulose content - 83.1%, Klasson lignin content in MCC - 1.8%, hemicelluloses - 14.0%, ash - 1.1%, degree of polymerization - 304 (see Table 5, sample No. 1).
Пример 26Example 26
Отличается от примера 25 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из соломы конопли, согласно способу, описанному в примере 3. Условия щелочной обработки и кислотного гидролиза те же (пример 13, пример 25).It differs from example 25 in that the starting material used is a cellulose product obtained from hemp straw, according to the method described in example 3. The conditions for alkaline treatment and acid hydrolysis are the same (example 13, example 25).
Показатели: Выход МКЦ - 41,5 % от массы абсолютно сухой соломы конопли, содержание целлюлозы - 87,7 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 0,3%, гемицеллюлоз - 8,7 %, золы - 0,05 %, степень полимеризации - 308 (см. табл. 5, образец № 2).Indicators: MCC yield - 41.5% of the mass of absolutely dry hemp straw, cellulose content - 87.7%, Klasson lignin content in MCC - 0.3%, hemicelluloses - 8.7%, ash - 0.05%, degree of polymerization - 308 (see Table 5, sample No. 2).
Пример 27Example 27
Отличается от примера 25 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из соломы мискантуса, согласно способу, описанному в примере 5. Условия щелочной обработки и кислотного гидролиза те же (пример 13, пример 25).It differs from example 25 in that the starting material used is a cellulose product obtained from miscanthus straw, according to the method described in example 5. The conditions for alkaline treatment and acid hydrolysis are the same (example 13, example 25).
Показатели: Выход МКЦ - 36,2 % от массы абсолютно сухой соломы мискантуса, содержание целлюлозы - 77,8 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 5,4 %, гемицеллюлоз - 12,8 %, золы - 2,1 %, степень полимеризации - 375 (см. табл. 5, образец № 3).Indicators: MCC yield is 36.2% of the mass of absolutely dry miscanthus straw, cellulose content is 77.8%, Klasson lignin content in MCC is 5.4%, hemicelluloses are 12.8%, ash is 2.1%, the degree of polymerization is 375 (see Table 5, sample No. 3).
Пример 28Example 28
Отличается от примера 25 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из соломы ячменя, согласно способу, описанному в примере 7. Условия щелочной обработки и кислотного гидролиза те же (пример 13, пример 25).It differs from example 25 in that the starting material used is a cellulose product obtained from barley straw, according to the method described in example 7. The conditions for alkaline treatment and acid hydrolysis are the same (example 13, example 25).
Показатели: Выход МКЦ - 34,4 % от массы абсолютно сухой соломы ячменя, содержание целлюлозы - 76,7 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 6,1 %, гемицеллюлоз - 11,7 %, золы - 2,2 %, степень полимеризации - 367 (см. табл. 5, образец № 4).Indicators: MCC yield - 34.4% of the mass of absolutely dry barley straw, cellulose content - 76.7%, Klasson lignin content in MCC - 6.1%, hemicelluloses - 11.7%, ash - 2.2%, degree of polymerization - 367 (see Table 5, sample No. 4).
Пример 29Example 29
Отличается от примера 25 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из костры льна, согласно способу, описанному в примере 11. Условия щелочной обработки и кислотного гидролиза те же (пример 13, пример 25).It differs from example 25 in that the starting material used is a cellulose product obtained from flax shives, according to the method described in example 11. The conditions for alkaline treatment and acid hydrolysis are the same (example 13, example 25).
Показатели: Выход МКЦ - 34,3 % от массы абсолютно сухой костры льна, содержание целлюлозы - 85,2 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 0,2 %, гемицеллюлоз - 8,5 %, золы - 0,06 %, степень полимеризации -635 (см. табл. 5, образец № 5).Indicators: MCC yield - 34.3% of the mass of absolutely dry flax shives, cellulose content - 85.2%, Klasson lignin content in MCC - 0.2%, hemicelluloses - 8.5%, ash - 0.06%, degree of polymerization - 635 (see Table 5, sample No. 5).
Пример 30Example 30
Отличается от примера 25 тем, что в качестве исходного сырья используют целлюлозный продукт, полученный из древесины, согласно способу, описанному в примере 9. Условия щелочной обработки и кислотного гидролиза те же (пример 13, пример 25).It differs from example 25 in that the starting material used is a cellulose product obtained from wood, according to the method described in example 9. The conditions for alkaline treatment and acid hydrolysis are the same (example 13, example 25).
Показатели: Выход МКЦ - 36,5 % от массы абсолютно сухой костры льна, содержание целлюлозы - 90,4 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 0,3 %, гемицеллюлоз - 6,2 %, золы - 0,0 %, степень полимеризации - 284 (см. табл. 5, образец № 6).Indicators: MCC yield - 36.5% of the mass of absolutely dry flax shives, cellulose content - 90.4%, Klasson lignin content in MCC - 0.3%, hemicelluloses - 6.2%, ash - 0.0%, degree of polymerization - 284 (see Table 5, sample No. 6).
Пример 31Example 31
Данный способ получения МКЦ включает стадии обработки ЦСС горячей водой, каталитической пероксидной делигнификации, щелочной обработки и сернокислотного гидролиза целлюлозного продукта.This method for producing MCC includes the stages of treating the CCC with hot water, catalytic peroxide delignification, alkaline treatment and sulfuric acid hydrolysis of the cellulose product.
Целлюлозный продукт, полученный из обработанной водой соломы пшеницы, согласно способу, описанному в примере 2, сначала подвергают щелочной обработке, по методу, описанному в примере 25, а затем осуществляют кислотный гидролиз целлюлозы по методу, описанному в примере 19.The cellulose product obtained from water-treated wheat straw, according to the method described in Example 2, is first subjected to alkaline treatment, according to the method described in Example 25, and then acid hydrolysis of the cellulose is carried out according to the method described in Example 19.
Показатели: Выход МКЦ - 30,0 % от массы абсолютно сухой соломы пшеницы, содержание целлюлозы - 91,0 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 0,7%, гемицеллюлоз - 6,9 %, золы - 0,7 %, степень полимеризации - 241 (см. табл. 6, образец № 1).Indicators: MCC yield - 30.0% of the mass of absolutely dry wheat straw, cellulose content - 91.0%, Klasson lignin content in MCC - 0.7%, hemicelluloses - 6.9%, ash - 0.7%, degree of polymerization - 241 (see Table 6, sample No. 1).
Пример 32Example 32
Целлюлозный продукт, полученный из обработанной водой соломы конопли, согласно способу, описанному в примере 4, сначала подвергают щелочной обработке, по методу, описанному в примере 25, а затем осуществляют кислотный гидролиз целлюлозы по методу, описанному в примере 19.The cellulose product obtained from water-treated hemp straw, according to the method described in Example 4, is first subjected to alkaline treatment, according to the method described in Example 25, and then acid hydrolysis of the cellulose is carried out according to the method described in Example 19.
Показатели: Выход МКЦ - 41,8 % от массы абсолютно сухой соломы конопли, содержание целлюлозы - 92,3 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 0,0 %, гемицеллюлоз - 7,3 %, золы - 0,0 %, степень полимеризации - 386 (см. табл. 6, образец № 2).Indicators: MCC yield - 41.8% of the mass of absolutely dry hemp straw, cellulose content - 92.3%, Klasson lignin content in MCC - 0.0%, hemicelluloses - 7.3%, ash - 0.0%, degree of polymerization - 386 (see Table 6, sample No. 2).
Пример 33Example 33
Целлюлозный продукт, полученный из обработанной водой соломы мискатуса, согласно способу, описанному в примере 6, сначала подвергают щелочной обработке, по методу, описанному в примере 25, а затем осуществляют кислотный гидролиз целлюлозы по методу, описанному в примере 19.The cellulose product obtained from water-treated miscatus straw according to the method described in Example 6 is first subjected to alkaline treatment according to the method described in Example 25, and then acid hydrolysis of the cellulose is carried out according to the method described in Example 19.
Показатели: Выход МКЦ - 29,7 % от массы абсолютно сухой соломы мискантуса, содержание целлюлозы - 82,2 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 4,0 %, гемицеллюлоз - 11,8 %, золы - 1,8 %, степень полимеризации - 416 (см. табл. 6, образец № 3).Indicators: MCC yield - 29.7% of the mass of absolutely dry miscanthus straw, cellulose content - 82.2%, Klasson lignin content in MCC - 4.0%, hemicelluloses - 11.8%, ash - 1.8%, degree of polymerization - 416 (see Table 6, sample No. 3).
Пример 34Example 34
Целлюлозный продукт, полученный из обработанной водой соломы ячменя, согласно способу, описанному в примере 8, сначала подвергают щелочной обработке, по методу, описанному в примере 25, а затем осуществляют кислотный гидролиз целлюлозы по методу, описанному в примере 19.The cellulose product obtained from water-treated barley straw, according to the method described in Example 8, is first subjected to alkaline treatment, according to the method described in Example 25, and then acid hydrolysis of the cellulose is carried out according to the method described in Example 19.
Показатели: Выход МКЦ - 31,8 % от массы абсолютно сухой соломы ячменя, содержание целлюлозы - 83,4 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 2,9%, гемицеллюлоз - 9,6 %, золы - 2,1 %, степень полимеризации - 312 (см. табл. 6, образец № 4).Indicators: MCC yield - 31.8% of the mass of absolutely dry barley straw, cellulose content - 83.4%, Klasson lignin content in MCC - 2.9%, hemicelluloses - 9.6%, ash - 2.1%, degree of polymerization - 312 (see Table 6, sample No. 4).
Пример 35Example 35
Целлюлозный продукт, полученный из обработанной водой костры льна, согласно способу, описанному в примере 12, сначала подвергают щелочной обработке, по методу, описанному в примере 25, а затем осуществляют кислотный гидролиз целлюлозы по методу, описанному в примере 19.The cellulose product obtained from water-treated flax shives according to the method described in Example 12 is first subjected to alkaline treatment according to the method described in Example 25, and then acid hydrolysis of the cellulose is carried out according to the method described in Example 19.
Показатели: Выход МКЦ - 32,4 % от массы абсолютно сухой костры льна, содержание целлюлозы - 86,3 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 0,12%, гемицеллюлоз - 8,3 %, золы - 0,06 %, степень полимеризации - 533 (см. табл. 6, образец № 5).Indicators: MCC yield - 32.4% of the mass of absolutely dry flax shives, cellulose content - 86.3%, Klasson lignin content in MCC - 0.12%, hemicelluloses - 8.3%, ash - 0.06%, degree of polymerization - 533 (see Table 6, sample No. 5).
Пример 36Example 36
Целлюлозный продукт, полученный из обработанной водой древесины, согласно способу, описанному в примере 10, сначала подвергают щелочной обработке, по методу, описанному в примере 25, а затем осуществляют кислотный гидролиз целлюлозы по методу, описанному в примере 19.The cellulose product obtained from water-treated wood according to the method described in Example 10 is first subjected to alkaline treatment according to the method described in Example 25, and then acid hydrolysis of the cellulose is carried out according to the method described in Example 19.
Показатели: Выход МКЦ - 35,8 % от массы абсолютно сухой древесины, содержание целлюлозы - 91,9 %, содержание лигнина Классона в МКЦ - 0,04%, гемицеллюлоз - 6,9 %, золы - 0,0 %, степень полимеризации - 293 (см. табл. 6, образец № 6).Indicators: MCC yield - 35.8% of the mass of absolutely dry wood, cellulose content - 91.9%, Klasson lignin content in MCC - 0.04%, hemicelluloses - 6.9%, ash - 0.0%, degree of polymerization - 293 (see Table 6, sample No. 6).
Таблица 3. Выход и характеристики образцов микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), полученных из различных видов целлюлозосодержащего сырья с использованием стадии каталитической пероксидной делигнификации ЦСС и сернокислотного гидролиза целлюлозного продуктаTable 3. Yield and characteristics of microcrystalline cellulose (MCC) samples obtained from various types of cellulose-containing raw materials using the stage of catalytic peroxide delignification of CSS and sulfuric acid hydrolysis of the cellulose product
пероксида водорода, мас. %Concentration
hydrogen peroxide, wt. %
уксусной кислоты, мас. %Concentration
acetic acid, wt. %
а.с. исх. сырьеYield, wt. %
a.s. source raw materials
Условия делигнификации: температура 103°С, ГМ -10, продолжительность 3 ч, катализатор 0,05 мас. % MgSO4 Delignification conditions: temperature 103°C, GM -10, duration 3 h, catalyst 0.05 wt.% MgSO 4
Условия кислотного гидролиза: концентрация H2SO4 - 10 мас. %, ГМ - 20, продолжительность 45 мин при температуре кипенияAcid hydrolysis conditions: H2SO4 concentration - 10 wt .%, GM - 20, duration 45 min at boiling temperature
Таблица 4. Выход и характеристики образцов микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), полученных из различных видов целлюлозосодержащего сырья с использованием стадий обработки лигноцеллюлозного сырья горячей водой, каталитической пероксидной делигнификации промытого сырья и сернокислотного гидролиза целлюлозного продуктаTable 4. Yield and characteristics of microcrystalline cellulose (MCC) samples obtained from various types of cellulose-containing raw materials using the stages of treating lignocellulosic raw materials with hot water, catalytic peroxide delignification of washed raw materials and sulfuric acid hydrolysis of the cellulose product
пероксида водорода, мас. %Concentration
hydrogen peroxide, wt. %
уксусной кислоты, мас. %Concentration
acetic acid, wt. %
а.с. исх. сырьеYield, wt. %
a.s. source raw materials
Условия обработки водой: температура 50°С, ГМ -40, продолжительность 1 ч.Water treatment conditions: temperature 50°C, GM -40, duration 1 hour.
Условия делигнификации: температура 103°С, ГМ -10, продолжительность 3 ч, катализатор 0,05 мас. % MgSO4 Delignification conditions: temperature 103°C, GM -10, duration 3 h, catalyst 0.05 wt.% MgSO 4
Условия кислотного гидролиза: концентрация H2SO4 - 10 мас. %, ГМ - 20, продолжительность 45 мин при температуре кипенияAcid hydrolysis conditions: H2SO4 concentration - 10 wt .%, GM - 20, duration 45 min at boiling temperature
Таблица 5. Выход и характеристики образцов микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), полученных из различных видов целлюлозосодержащего сырья с использованием стадий каталитической пероксидной делигнификации, щелочной обработки и сернокислотного гидролиза целлюлозного продуктаTable 5. Yield and characteristics of microcrystalline cellulose (MCC) samples obtained from various types of cellulose-containing raw materials using the stages of catalytic peroxide delignification, alkaline treatment and sulfuric acid hydrolysis of the cellulose product
пероксида водорода, мас. %Concentration
hydrogen peroxide, wt. %
уксусной кислоты, мас. %Concentration
acetic acid, wt. %
а.с. исх. сырьеYield, wt. %
a.s. original raw materials
Условия делигнификации: температура 103°С, ГМ -10, продолжительность 3 ч, катализатор 0,05 мас. % MgSO4 Delignification conditions: temperature 103°C, GM -10, duration 3 h, catalyst 0.05 wt.% MgSO 4
Условия щелочной обработки: температура 20°С, ГМ - 25, продолжительность 3 ч, 4 % раствор NaOHAlkaline treatment conditions: temperature 20°C, GM - 25, duration 3 hours, 4% NaOH solution
Условия кислотного гидролиза: концентрация H2SO4 - 10 мас. %, ГМ - 20, продолжительность 45 мин при температуре кипенияAcid hydrolysis conditions: H2SO4 concentration - 10 wt .%, GM - 20, duration 45 min at boiling temperature
Таблица 6. Выход и характеристики образцов микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), полученных из различных видов целлюлозосодержащего сырья с использованием стадий обработки лигноцеллюлозного сырья горячей водой, каталитической пероксидной делигнификации, щелочной обработки и сернокислотного гидролиза целлюлозного продуктаTable 6. Yield and characteristics of microcrystalline cellulose (MCC) samples obtained from various types of cellulose-containing raw materials using the stages of treating lignocellulosic raw materials with hot water, catalytic peroxide delignification, alkaline treatment and sulfuric acid hydrolysis of the cellulose product
пероксида водорода, мас. %Concentration
hydrogen peroxide, wt. %
уксусной кислоты, мас. %Concentration
acetic acid, wt. %
а.с. исх. сырьеYield, wt. %
a.s. source raw materials
Условия обработки водой: температура 50°С, ГМ -40, продолжительность 1 ч.Water treatment conditions: temperature 50°C, GM -40, duration 1 hour.
Условия делигнификации: температура 103°С, ГМ -10, продолжительность 3 ч, катализатор 0,05 мас. % MgSO4 Delignification conditions: temperature 103°C, GM -10, duration 3 h, catalyst 0.05 wt.% MgSO 4
Условия щелочной обработки: температура 20°С, ГМ - 25, продолжительность 3 ч, 4 % раствор NaOHAlkaline treatment conditions: temperature 20°C, GM - 25, duration 3 hours, 4% NaOH solution
Условия кислотного гидролиза: концентрация H2SO4 - 10 мас. %, ГМ - 20, продолжительность 45 мин при температуре кипенияAcid hydrolysis conditions: H2SO4 concentration - 10 wt .%, GM - 20, duration 45 min at boiling temperature
Для образцов МКЦ, полученных из различных видов целлюлозосодержащего сырья с использованием стадий обработки лигноцеллюлозного сырья горячей водой, каталитической пероксидной делигнификации промытого сырья и сернокислотного гидролиз целлюлозного продукта, согласно примерам 19-24 (табл. 4), были проведены дополнительные исследования методами ИКС, РФА, лазерной дифракции, СЭМ.For MCC samples obtained from various types of cellulose-containing raw materials using the stages of processing lignocellulosic raw materials with hot water, catalytic peroxide delignification of washed raw materials and sulfuric acid hydrolysis of the cellulose product, according to examples 19-24 (Table 4), additional studies were carried out using IR, X-ray diffraction, laser diffraction, and SEM methods.
На фиг. 7 представлены ИК спектры МКЦ, полученных из различных видов сырья.Fig. 7 shows the IR spectra of MCC obtained from different types of raw materials.
На всех ИК-спектрах имеются полосы поглощения (п.п.), характерные для целлюлозы: 3400, 2900, 1430, 1160, 1105, 1055, 898 см-1, адсорбированной воды: 1633 cм-1. Полосы поглощения характерные для лигнина: ~1600 см-1, 1506 cм-1, 1465 cм-1 и гемицеллюлоз: 1730 см-1 - отсутствуют. Таким образом, полученные МКЦ имеют высокую степень очистки от лигнина и гемицеллюлоз.All IR spectra contain absorption bands (AB) characteristic of cellulose: 3400, 2900, 1430, 1160, 1105, 1055, 898 cm -1 , adsorbed water: 1633 cm -1 . Absorption bands characteristic of lignin: ~1600 cm -1 , 1506 cm -1 , 1465 cm -1 and hemicelluloses: 1730 cm -1 - are absent. Thus, the obtained MCC has a high degree of purification from lignin and hemicelluloses.
Индекс кристалличности, рассчитанный из дифракторгамм по методу Сегала [43] имеет достаточно высокие значения (табл. 7). The crystallinity index calculated from diffraction patterns using the Segal method [43] has fairly high values (Table 7).
Таблица 7. Индексы кристалличности МКЦ, полученных из различных видов целлюлозосодержащего сырьяTable 7. Crystallinity indices of MCC obtained from different types of cellulose-containing raw materials
Максимальное значение индекса кристалличности, среди полученных МКЦ, наблюдаются у МКЦ соломы конопли и древесины - 0,86. На фиг. 8, 9 представлены дифрактограммы данных образцов.The maximum value of the crystallinity index among the obtained MCCs is observed in MCCs made from hemp straw and wood - 0.86. Figs. 8 and 9 show the diffraction patterns of these samples.
Методом лазерной дифракции были получены данные об объемном распределении частиц по размерам у образцов МКЦ, полученных из различных видов целлюлозосодержащего сырья (табл. 8).Using the laser diffraction method, data were obtained on the volume distribution of particles by size in MCC samples obtained from various types of cellulose-containing raw materials (Table 8).
Таблица 8. Распределение частиц по размерам у образцов МКЦTable 8. Particle size distribution of MCC samples
Средний размер частиц (D50) МКЦ, полученной из соломы пшеницы составляет ~55 мкм, МКЦ соломы конопли ~24 мкм, МКЦ древесины ~90 мкм, МКЦ соломы мискантуса ~28мкм, МКЦ соломы ячменя ~55 мкм, МКЦ костры льна ~76 мкм.The average particle size (D50) of MCC obtained from wheat straw is ~55 µm, MCC from hemp straw ~24 µm, MCC from wood ~90 µm, MCC from miscanthus straw ~28 µm, MCC from barley straw ~55 µm, MCC from flax shives ~76 µm.
С использованием СЭМ были установлены некоторые морфологические характеристики полученных МКЦ.Using SEM, some morphological characteristics of the obtained MCCs were established.
Таблица 9. Морфологические характеристики МКЦTable 9. Morphological characteristics of MCC
разделённые волокна, частицы неправильной формы2 factions:
separated fibers, irregularly shaped particles
По своим характеристикам целлюлозные продукты, полученные из соломы пшеницы, конопли, овса, мискантуса и древесины многостадийными способами относятся к классу микрокристаллических целлюлоз.Based on their characteristics, cellulose products obtained from wheat straw, hemp, oats, miscanthus and wood using multi-stage methods belong to the class of microcrystalline celluloses.
Таким образом, предложен простой и экологически безопасный способ получения порошкового целлюлозного материала (порошковой целлюлозы и микрокристаллической целлюлозы) из целлюлозосодержащего сырья (соломы пшеницы, конопли, овса, мискантуса, костры льна, древесины). В предлагаемом изобретении, по сравнению с прототипом обеспечивается более простое отделение катализатора от целлюлозного продукта, улучшается качество целлюлозного продукта за счет отсутствия в нем примесей катализатора, снижаются затраты на катализатор при сохранении высокого выхода целлюлозного продукта.Thus, a simple and environmentally friendly method for producing powdered cellulose material (powdered cellulose and microcrystalline cellulose) from cellulose-containing raw materials (wheat straw, hemp, oats, miscanthus, flax shives, and wood) is proposed. Compared to the prior art, the proposed invention facilitates easier separation of the catalyst from the cellulose product, improves the quality of the cellulose product due to the absence of catalyst impurities, and reduces catalyst costs while maintaining a high cellulose product yield.
Список источниковList of sources
1. Commission Regulation (EU) No 231/2012 of 9 March 2012 laying down specifications for food additives listed in Annexes II and III to Regulation (EC) No 1333/2008 of the European Parliament and of the Council. - 2012. - 275 pp.1. Commission Regulation (EU) No 231/2012 of 9 March 2012 laying down specifications for food additives listed in Annexes II and III to Regulation (EC) No 1333/2008 of the European Parliament and of the Council. - 2012. - 275 pp.
2. JELUCEL® TC. Тонкие сорта. [Электронный ресурс]. - Каталог продукции компании jelu-werk. - Режим доступа: https://www.jelu-werk.com/ru/268-2/1326-2/jelucel/jelucel-tc/jelucel-tc/ (дата обращения: 05.02.2019). 2. JELUCEL® TC. Thin grades. [Electronic resource]. - Product catalog of the company jelu-werk. - Access mode: https://www.jelu-werk.com/ru/268-2/1326-2/jelucel/jelucel-tc/jelucel-tc/ (date of access: 05.02.2019).
3. Microcrystalline Cellulose (MCC) Market by Source Type and Application: Global Opportunity Analysis and Industry Forecast 2018 - 2025 / Allied Market Research. Portland, October 2018. - 212 pp. 3. Microcrystalline Cellulose (MCC) Market by Source Type and Application: Global Opportunity Analysis and Industry Forecast 2018 - 2025 / Allied Market Research. Portland, October 2018. - 212 pp.
4. Cellulose Powder Market - Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends and Forecast 2018 - 2025 / Researchstore.biz. US, July 2018. - 99 pp. 4. Cellulose Powder Market - Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends and Forecast 2018 - 2025 / Researchstore.biz. US, July 2018. - 99 pp.
5. Nanocellulose: Producers, Products and Applications - A Guide for End Users / J. Miller // TAPPI, 2017. Updated Biobased Markets, sept. 2018. - 170 pp. 5. Nanocellulose: Producers, Products and Applications - A Guide for End Users / J. Miller // TAPPI, 2017. Updated Biobased Markets, sept. 2018. - 170 pp.
6. Nanocellulose Producers, Products, and Applications: A Guide for End Users / J. Miller // TAPPI, 2017. - 160 pp. 6. Nanocellulose Producers, Products, and Applications: A Guide for End Users / J. Miller // TAPPI, 2017. - 160 pp.
7. Nanocellulose Challenges and Opportunities: End User Perspectives / J. Miller // TAPPI, 2018. - 75 pp. 7. Nanocellulose Challenges and Opportunities: End User Perspectives / J. Miller // TAPPI, 2018. - 75 pp.
8. Щербакова, Т.П. Сравнительное изучение образцов порошковой и микрокристаллической целлюлозы различного природного происхождения. Физико-химические характеристики / Т.П. Щербакова, Н.Е. Котельникова, Ю.В. Быховцева // Химия растительного сырья. - 2011. - №3. - С. 33-42. 8. Shcherbakova, T.P. Comparative study of samples of powder and microcrystalline cellulose of different natural origin. Physicochemical characteristics / T.P. Shcherbakova, N.E. Kotelnikova, Yu.V. Bykhovtseva // Chemistry of plant raw materials. - 2011. - No. 3. - P. 33-42.
9. Аутлов, С.А. Микрокристаллическая целлюлоза: структура, свойства и области применения (обзор) / С.А. Аутлов, Н.Г. Базарнова, Е.Ю. Кушнир // Химия растительного сырья. - 2013. - №3. - С. 33-41. 9. Autel, S.A. Microcrystalline cellulose: structure, properties and areas of application (review) / S.A. Autel, N.G. Bazarnova, E.Yu. Kushnir // Chemistry of plant raw materials. - 2013. - No. 3. - P. 33-41.
10. Ardizzone, S. Microcrystalline cellulose powders: structure, surface features and water sorption capability // Springer Series: Cellulose. - 1999. - Vol. 6. - №1. - Pp. 57-69.10. Ardizzone, S. Microcrystalline cellulose powders: structure, surface features and water sorption capability // Springer Series: Cellulose. - 1999. - Vol. 6. - No. 1. - Pp. 57-69.
11. Garba Z. N., Lawan I., Zhou W., Zhang M., Wang L., Yuan Z. Microcrystalline cellulose (MCC) based materials as emerging adsorbents for the removal of dyes and heavy metals - A review // Science of the total environment. - 2020. - Vol. 717. - P. 135070.11. Garba Z. N., Lawan I., Zhou W., Zhang M., Wang L., Yuan Z. Microcrystalline cellulose (MCC) based materials as emerging adsorbents for the removal of dyes and heavy metals - A review // Science of the total environment. - 2020. - Vol. 717. - P. 135070.
12. Ali Aslam A., Ul Hassan S., Haris Saeed M., Kokab O., Ali, Muhammad Shahid Nazir Z., Siddiqi W., Ali Aslam A. Cellulose-based adsorbent materials for water remediation: Harnessing their potential in heavy metals and dyes removal // Journal of cleaner production. - 2023. - Vol. 421. - P. 138555.12. Ali Aslam A., Ul Hassan S., Haris Saeed M., Kokab O., Ali, Muhammad Shahid Nazir Z., Siddiqi W., Ali Aslam A. Cellulose-based adsorbent materials for water remediation: Harnessing their potential in heavy metals and dyes removal // Journal of cleaner production. - 2023. - Vol. 421. - P. 138555.
13. Wang Z. P., Ruan W. H., Rong M.Z., Zhang M.Q. Injection molding of highly filled microcrystalline cellulose/polycaprolactone composites with the aid of reversible Diels-Alder reaction // Journal of materials science & technology. - 2023. - Vol. 170. - P. 246-254.13. Wang Z. P., Ruan W. H., Rong M. Z., Zhang M. Q. Injection molding of highly filled microcrystalline cellulose/polycaprolactone composites with the aid of reversible Diels-Alder reaction // Journal of materials science & technology. - 2023. - Vol. 170. - P. 246-254.
14. Suparanon T., Kaewchuy S., Phusunti N., Suchaiya V., Phetwarotai W. Synergistic effect of microcrystalline cellulose from oil palm empty fruit bunch waste and tricresyl phosphate on the properties of polylactide composites // International journal of biological macromolecules. - 2022. - Vol. 220. - P. 1480-1492. 14. Suparanon T., Kaewchuy S., Phusunti N., Suchaiya V., Phetwarotai W. Synergistic effect of microcrystalline cellulose from oil palm empty fruit bunch waste and tricresyl phosphate on the properties of polylactide composites // International journal of biological macromolecules. - 2022. - Vol. 220. - P. 1480-1492.
15. Abdul Khalil H.P.S., Bhat A.H., Ireana Yusra A.F. Green composites from sustainable cellulose nanofibrils: A review // Carbohydrate polymers. - 2012. - Vol. 87, Is. 2. -P. 963-979.15. Abdul Khalil H.P.S., Bhat A.H., Ireana Yusra A.F. Green composites from sustainable cellulose nanofibrils: A review // Carbohydrate polymers. - 2012. - Vol. 87, Is. 2. -P. 963-979.
16. Oprea M., Voicu S. I. Recent advances in composites based on cellulose derivatives for biomedical applications // Carbohydrate Polymers. - 2020. - Т. 247. - С. 116683.16. Oprea M., Voicu S. I. Recent advances in composites based on cellulose derivatives for biomedical applications // Carbohydrate Polymers. - 2020. - T. 247. - P. 116683.
17. Punia Bangar S., Johnson Esua O., Nickhil C., Scott Whiteside W. Microcrystalline cellulose for active food packaging applications: A review // Food packaging and shelf life. - 2023. - Vol. 36. - P.101048.17. Punia Bangar S., Johnson Esua O., Nickhil C., Scott Whiteside W. Microcrystalline cellulose for active food packaging applications: A review // Food packaging and shelf life. - 2023. - Vol. 36. - P.101048.
18. Просвирников, Д.Б. Способы получения и области применения порошковой целлюлозы / Д.Б. Просвирников [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - Т.17. - № 17. - С. 109-112. 18. Prosvirnikov, D.B. Methods for obtaining and areas of application of powder cellulose / D.B. Prosvirnikov [et al.] // Bulletin of the Kazan Technological University. - 2014. - Vol. 17. - No. 17. - P. 109-112.
19. Ventura-Cruz S., Tecante A. Nanocellulose and microcrystalline cellulose from agricultural waste: Review on isolation and application as reinforcement in polymeric matrices // Food hydrocolloids. - 2021. - Vol. 118. - P. 106771.19. Ventura-Cruz S., Tecante A. Nanocellulose and microcrystalline cellulose from agricultural waste: Review on isolation and application as reinforcement in polymeric matrices // Food hydrocolloids. - 2021. - Vol. 118. - P. 106771.
20. Debnath B., Haldar D., Purkait M. K. A critical review on the techniques used for the synthesis and applications of crystalline cellulose derived from agricultural wastes and forest residues //Carbohydrate polymers. - 2021. - Vol. 273. - P. 118537.20. Debnath B., Haldar D., Purkait M. K. A critical review on the techniques used for the synthesis and applications of crystalline cellulose derived from agricultural wastes and forest residues //Carbohydrate polymers. - 2021. - Vol. 273. - P. 118537.
21. Senthamaraikannan P., Kathiresan M. Characterization of raw and alkali treated new natural cellulosic fiber from Coccinia grandis. L. // Carbohydrate Polymers. - 2018. - Vol. 186. - P. 332-343.21. Senthamaraikannan P., Kathiresan M. Characterization of raw and alkali treated new natural cellulosic fiber from Coccinia grandis. L.//Carbohydrate Polymers. - 2018. - Vol. 186. - P. 332-343.
22. Ventura-Cruz S., Tecante A. Nanocellulose and microcrystalline cellulose from agricultural waste: Review on isolation and application as reinforcement in polymeric matrices // Food hydrocolloids. - 2021. - Vol. 118. - P. 106771.22. Ventura-Cruz S., Tecante A. Nanocellulose and microcrystalline cellulose from agricultural waste: Review on isolation and application as reinforcement in polymeric matrices // Food hydrocolloids. - 2021. - Vol. 118. - P. 106771.
23. Ventura-Cruz S., Flores-Alamo N., Tecante A. Preparation of microcrystalline cellulose from residual Rose stems (Rosa spp.) by successive delignification with alkaline hydrogen peroxide // International journal of biological macromolecules. - 2020. - Vol. 155. - P. 324-329.23. Ventura-Cruz S., Flores-Alamo N., Tecante A. Preparation of microcrystalline cellulose from residual Rose stems (Rosa spp.) by successive delignification with alkaline hydrogen peroxide // International journal of biological macromolecules. - 2020. - Vol. 155. - P. 324-329.
24. Seo P. N., Han S. Y., Park C. W., Lee S. Y., Kim N. H., Lee S. H. Effect of alkaline peroxide treatment on the chemical compositions and characteristics of lignocellulosic nanofibrils // BioResources. - 2019. - Vol. 14, Is.1. - P. 193-206.24. Seo P. N., Han S. Y., Park C. W., Lee S. Y., Kim N. H., Lee S. H. Effect of alkaline peroxide treatment on the chemical compositions and characteristics of lignocellulosic nanofibrils // BioResources. - 2019. - Vol. 14, Is.1. - P. 193-206.
25. Kusmono K., Listyanda R.F., Wildan M.W., Ilman M.N. Preparation and characterization of cellulose nanocrystal extracted from ramie fibers by sulfuric acid hydrolysis // Heliyon. - 2020. - Vol. 6. - P. e05486.25. Kusmono K., Listyanda R.F., Wildan M.W., Ilman M.N. Preparation and characterization of cellulose nanocrystal extracted from ramie fibers by sulfuric acid hydrolysis // Heliyon. - 2020. - Vol. 6. - P. e05486.
26. Sankhla S., Sardar H. H., Neogi S. Greener extraction of highly crystalline and thermally stable cellulose micro-fibers from sugarcane bagasse for cellulose nano-fibrils preparation // Carbohydrate polymers. - 2021. - Vol. 251. - P. 117030.26. Sankhla S., Sardar H. H., Neogi S. Greener extraction of highly crystalline and thermally stable cellulose micro-fibers from sugarcane bagasse for cellulose nano-fibrils preparation // Carbohydrate polymers. - 2021. - Vol. 251. - P. 117030.
27. Ventura-Cruz S., Tecante A. Extraction and characterization of cellulose nanofibers from Rose stems (Rosa spp.) // Carbohydr. polym. - 2019. - Vol. 220. - P. 53-59.27. Ventura-Cruz S., Tecante A. Extraction and characterization of cellulose nanofibers from Rose stems (Rosa spp.) // Carbohydr. polym. - 2019. - Vol. 220. - P. 53-59.
28. Debnath B., Haldar D., Purkait M. K. A critical review on the techniques used for the synthesis and applications of crystalline cellulose derived from agricultural wastes and forest residues //Carbohydrate polymers. - 2021. - Vol. 273. - P. 118537.28. Debnath B., Haldar D., Purkait M. K. A critical review on the techniques used for the synthesis and applications of crystalline cellulose derived from agricultural wastes and forest residues //Carbohydrate polymers. - 2021. - Vol. 273. - P. 118537.
29. Патент № 1792942A1 SU, C08B 1/00, D21B 1/36. Способ получения микрокристаллической и порошковой целлюлозы: № 4871842: заявл. 10.10.1990: опубл. 07.02.1993 / Якобсонс Ю.К., Эриньш П.П., Кулькевиц А.Я., Полманис А.Г.29. Patent No. 1792942A1 SU, C08B 1/00, D21B 1/36. Method for producing microcrystalline and powdered cellulose: No. 4871842: declared 10.10.1990: published 07.02.1993 / Jakobsons Yu.K., Erins P.P., Kulkevics A.Ya., Polmanis A.G.
30. Патент № 2147057C1 RU, МПК D21C 1/04, C08B 15/02. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: № 99117051/12: заявл. 04.08.1999: опубл. 27.03.2000 / Карманов А.П., Кочева Л.С., Киселева А.А.30. Patent No. 2147057C1 RU, IPC D21C 1/04, C08B 15/02. Method for producing microcrystalline cellulose: No. 99117051/12: declared 04.08.1999: published 27.03.2000 / Karmanov A.P., Kocheva L.S., Kiseleva A.A.
31. Патент № 2178033C1 RU, МПК D21C 1/04, C08B 15/02. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: № 2001107716/12: заявл. 22.03.2001: опубл. 10.01.2002 / Кочева Л.С., Карманов А.П., Данилова Л.И., Попова М.Ф.31. Patent No. 2178033C1 RU, IPC D21C 1/04, C08B 15/02. Method for producing microcrystalline cellulose: No. 2001107716/12: declared 22.03.2001: published 10.01.2002 / Kocheva L.S., Karmanov A.P., Danilova L.I., Popova M.F.
32. Пен Р. З., Шапиро И. Л., Амбросович Ю. А., Пен В. Р. Окислительная делигнификация пшеничной соломы: пероксидная варка и щелочная экстракция // Хвойные бореальной зоны. - 2022. - Т. XL. - № 2. - С. 168-172.32. Pen R. Z., Shapiro I. L., Ambrosovich Yu. A., Pen V. R. Oxidative delignification of wheat straw: peroxide cooking and alkaline extraction // Conifers of the boreal zone. - 2022. - Vol. XL. - No. 2. - P. 168-172.
33. Патент № 2203995C1 RU, МПК C08B15/02; D21C1/04. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: № 20020709: заявл. 09.07.2002: опубл. 10.05.2003 / Данилов В.Г., Яценкова О.В., Кузнецова С.А., Кузнецов Б.Н.33. Patent No. 2203995C1 RU, IPC C08B15/02; D21C1/04. Method for producing microcrystalline cellulose: No. 20020709: declared 09.07.2002: published 10.05.2003 / Danilov V.G., Yatsenkova O.V., Kuznetsova S.A., Kuznetsov B.N.
34. Патент № 2312110C1 RU, МПК C08B 15/02, D21C 1/04. Способ получения микрокристалической целлюлозы из соломы злаковых: № 2006126226/04: заявл. 19.07.2006: опубл. 10.12.2007 / Кузнецов Б.Н., Данилов В.Г., Яценкова О.В., Ибрагимова Е.Ф.34. Patent No. 2312110C1 RU, IPC C08B 15/02, D21C 1/04. Method for producing microcrystalline cellulose from cereal straw: No. 2006126226/04: declared 19.07.2006: published 10.12.2007 / Kuznetsov B.N., Danilov V.G., Yatsenkova O.V., Ibragimova E.F.
35. Патент № 2490384C1 RU, МПК D21C3/04. Способ получения целлюлозы: № 2012111292/12A: заявл. 23.03.12: опубл. 20.08.2013 / Кузнецов Б.Н., Яценкова О.В., Данилов В.Г. 35. Patent No. 2490384C1 RU, IPC D21C3/04. Method for producing cellulose: No. 2012111292/12A: declared 23.03.12: published 20.08.2013 / Kuznetsov B.N., Yatsenkova O.V., Danilov V.G.
36. Патент № 2395636C1 RU, МПК D21B 1/36, D21C 1/04, C08B 1/00, C08B 15/02. Способ получения микрокристаллической целлюлозы из автогидролизованной древесины: № 2009126875/12A: заявл. 13.07.2009: опубл. 27.07.2010 / Кузнецов Б.Н., Данилов В.Г., Яценкова О.В., Ибрагимова Е.Ф.36. Patent No. 2395636C1 RU, IPC D21B 1/36, D21C 1/04, C08B 1/00, C08B 15/02. Method for producing microcrystalline cellulose from autohydrolyzed wood: No. 2009126875/12A: declared 13.07.2009: published 27.07.2010 / Kuznetsov B.N., Danilov V.G., Yatsenkova O.V., Ibragimova E.F.
37. Кузнецов Б.Н., Судакова И.Г., Яценкова О.В., Гарынцева Н.В. Ратабоул Ф., Дьякович Л. Оптимизация одностадийных процессов получения микрокристаллической целлюлозы пероксидной делигнификацией древесины в присутствии катализатора TiO2 // Катализ в промышленностию - 2018. - Т. 18. - № 3.- C.72-80.37. Kuznetsov B.N., Sudakova I.G., Yatsenkova O.V., Garyntseva N.V., Rataboul F., Dyakovich L. Optimization of single-stage processes for obtaining microcrystalline cellulose by peroxide delignification of wood in the presence of TiO2 catalyst // Catalysis in industry - 2018. - Vol. 18. - No. 3.- P.72-80.
38. Kuznetsov B.N., Sudakova I.G., Garyntseva N.V., Tarabanko V.E., Yatsenkova O.V., Djakovitch L., Rataboul F. Processes of catalytic oxidation for the production of chemicals from softwood biomass // Catalysis today. - 2021. - Vol. 375. - P. 132-144.38. Kuznetsov B.N., Sudakova I.G., Garyntseva N.V., Tarabanko V.E., Yatsenkova O.V., Djakovitch L., Rataboul F. Processes of catalytic oxidation for the production of chemicals from softwood biomass // Catalysis today. - 2021. - Vol. 375. - P. 132-144.
39. Судакова И.Г., Гарынцева Н.В., Чудина А.И., Кузнецов Б.Н. Экспериментальная и математическая оптимизация процесса пероксидной делигнификации древесины лиственницы в присутствии катализатора MnSO4 // Катализ в промышленности. - 2020. - № 20(1). - С. 67-75.39. Sudakova I.G., Garyntseva N.V., Chudina A.I., Kuznetsov B.N. Experimental and mathematical optimization of the process of peroxide delignification of larch wood in the presence of MnSO 4 catalyst // Catalysis in industry. - 2020. - No. 20(1). - P. 67-75.
40. Патент № 2547689C1 RU, МПК D21C 3/04. Способ получения целлюлозы: № 2013154888/12: заявл. 10.12.2013: опубл. 10.04.2015 / Кузнецов Б.Н., Гарынцева Н.В.40. Patent No. 2547689C1 RU, IPC D21C 3/04. Method for producing cellulose: No. 2013154888/12: declared 10.12.2013: published 10.04.2015 / Kuznetsov B.N., Garyntseva N.V.
41. ISO 21436:2020. Pulps determination of lignin content acid hydrolysis method. - URL: https://www.gostinfo.ru/catalog/Details/?id=6824083 (дата обращения: 20.01.2024)41. ISO 21436:2020. Pulps determination of lignin content acid hydrolysis method. - URL: https://www.gostinfo.ru/catalog/Details/?id=6824083 (accessed: 20.01.2024)
42. Оболенская А.В. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы / А.В. Оболенская, З.П. Ельницкая, А.А. Леонович. - М.: Экология, 1991. - 320 с.42. Obolenskaya A.V. Laboratory work on the chemistry of wood and cellulose / A.V. Obolenskaya, Z.P. Elnitskaya, A.A. Leonovich. - M.: Ecology, 1991. - 320 p.
43. Park S, Baker J.O., Himmel M.E., Parilla P.A., Jonson D.K. Cellulose crystallinity index: measurement techniques and their impact on integrating cellulose performance // Biotechnol Biofuels. - 2010. -Vol. 3. - P. 1-10.43. Park S, Baker J.O., Himmel M.E., Parilla P.A., Jonson D.K. Cellulose crystallinity index: measurement techniques and their impact on integrating cellulose performance // Biotechnol Biofuels. - 2010. -Vol. 3. - P. 1-10.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2850430C1 true RU2850430C1 (en) | 2025-11-11 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2395636C1 (en) * | 2009-07-13 | 2010-07-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Method for production of microcrystalline cellulose from autohydrolised wood |
| RU2547689C1 (en) * | 2013-12-10 | 2015-04-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Химии И Химической Технологии Сибирского Отделения Российской Академии Наук (Иххт Со Ран) | Method of cellulose obtaining |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2395636C1 (en) * | 2009-07-13 | 2010-07-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Method for production of microcrystalline cellulose from autohydrolised wood |
| RU2547689C1 (en) * | 2013-12-10 | 2015-04-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Химии И Химической Технологии Сибирского Отделения Российской Академии Наук (Иххт Со Ран) | Method of cellulose obtaining |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| И.П. Иванов и др. Физико-химические исследования опытных партий продуктов, получаемых при комплексной переработке древесины на пилотной установке. Журнал Сибирского Федерального Университета, Химия 2 (2017, 10), 269-283. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rambabu et al. | Production of nanocellulose fibers from pinecone biomass: Evaluation and optimization of chemical and mechanical treatment conditions on mechanical properties of nanocellulose films | |
| Kaushik et al. | Isolation and characterization of cellulose nanofibrils from wheat straw using steam explosion coupled with high shear homogenization | |
| Pereira et al. | Sugarcane bagasse pulping and bleaching: thermal and chemical characterization. | |
| CA2801989C (en) | A novel method to produce microcellulose | |
| EP2576629B1 (en) | A novel method to produce microcellulose | |
| Maaloul et al. | Dialysis-free extraction and characterization of cellulose crystals from almond (Prunus dulcis) shells | |
| US20060249265A1 (en) | Treatment of cellulose during bleaching with agent capable of reducing carbonyl groups | |
| Yimlamai et al. | Cellulose from oil palm empty fruit bunch fiber and its conversion to carboxymethylcellulose | |
| Balasubramani et al. | Extraction of lignocellulosic fiber and cellulose microfibrils from agro waste-palmyra fruit peduncle: Water retting, chlorine-free chemical treatments, physio-chemical, morphological, and thermal characterization | |
| US20060255923A1 (en) | Vehicle vibration analyzer | |
| Huang et al. | Dilute alkali and hydrogen peroxide treatment of microwave liquefied rape straw residue for the extraction of cellulose nanocrystals | |
| US9441052B2 (en) | Method and a system for manufacturing cellulosic material | |
| Soom et al. | Solid-state characteristics of microcrystalline cellulose from oil palm empty fruit bunch fibre | |
| Zhang et al. | High-yield preparation of micro/nanofibers from rice straw using superextended soda–oxygen cooking and high-intensity ultrasonication | |
| CN107602709A (en) | A kind of carboxymethyl nano cellulose material cleans preparation method | |
| Duangrin et al. | Ultrasonic-assisted synthesis for the production of green and sustainable hemp carboxymethyl cellulose | |
| WO2012070072A2 (en) | A process for obtaining alpha-cellulose | |
| RU2850430C1 (en) | Method for obtaining powdered cellulose material from cellulose-containing raw materials (variants) | |
| Tezcan et al. | Isolation of cellulose and hemicellulose by using alkaline peroxide | |
| Norazli et al. | Delignification’s effect on microcrystalline cellulose obtained from oil palm empty fruit bunch fibres | |
| Surip et al. | Nanofibers from oil palm trunk (OPT): preparation & chemical analysis | |
| Aumentado et al. | Comparative Characterization of Nanocellulose Produced from Kawayan Kiling (Bambusa vulgaris Schrad ex. Wendl) Pulp Using Different Pretreatment Methods | |
| Soom et al. | Conversion of lignocellulose from oil palm biomass into water-soluble cellulose ether | |
| Hua et al. | Extraction of cellulose and Microcrystalline Cellulose from Kenaf | |
| Kurniawan et al. | Preparation and Characteristics of Cellulose Nanocrystals (CNCs) Isolated from Palm Empty Bunches (PEB) at Various Temperatures and Concentrations of Sulfuric Acid Hydrolysis and Their Surface Modification with Aminomethylphosponic Acid (AMPA) |