Переробка рослинних відходів різного походження

Abstract

Вступ. Біомаса переважно застосовується як енергетичне джерело, тоді як вона є цінною хімічною сировиною. На сьогодні виділено 20 базових сполук, які можна отримати із рослинної біомаси та яких достатньо для виготовлення широкого асортименту продукції хімічної промисловості. Проблематика. Незважаючи на значний потенціал рослинних відходів для промисловості, в Україні роботам у цьому напрямку приділяється недостатньо уваги. Мета. Cтворення ефективного технологічного рішення, яке забезпечить комплексну практично безвідходну переробку відходів рослинного походження з одержанням ліквідних продуктів. Матеріали й методи. В дослідженні використано метод органо-сольветної варки, метод вибухового автогідролізу, гетерогенного каталізу, низку аналітичних методів (технічний, елементний, структурний аналіз). Результати. Показано, що обробка рослинної сировини в умовах автогідролізу дозволяє зруйнувати вихідну компактну, міцну структуру та розкласти її на індивідуальні складові. Для мікрокристалічної целюлози (МКЦ) відбувається зростання загальної конверсії на 6—18 % із високим індексом кристалічності (ІК) — 0,81. Встановлено, що при лужній обробці рисової лузги спостерігається «екстракція» неорганічної складової та зменшення її вмісту, а також часткова делігніфікація з одночасним збільшенням вмісту целюлози. Методом органо-сольветної варки лузги, з якої попередньо видалено кремнієві сполуки, виділено максимальну кількість МКЦ (100 % від теоретично можливого), з ІК 0,77, ступенем полімеризації 560,5 та чистотою 99,3 %. Разом з тим одержано зразок діоксиду кремнію, з вмістом SiO₂ не менше 99,99 %. Висновки. Наведено спосіб одержання целюлози з відходів рослинництва методом органо-сольвентної варки та встановлено вплив процесу попередньої обробки лігноцелюлозної біомаси на фізико-хімічні характеристики одержаної целюлози.

Introduction.Biomass is primarily used as energy source, however, it is a valuable chemical raw material. As of today, there are about 20 basic compounds that are sufficient to provide a wide range of chemical products can be obtained from vegetable raw materials. Problem Statement. Despite a huge capacity of vegetable waste recycling for the industrial needs, so far research in this area has received a little attention in Ukraine. Purpose. To create an effective technological solution that ensures a comprehensive, waste-free processing of vegetable waste to produce marketable products. Materials and Methods. The methods of organic solvent pulping, explosion autohydrolysis, heterogeneous catalysis, and numerous analytical techniques (technical, elemental, structural analysis) have been used for the study. Results. The autohydrolysis treatment of plant material has been shown to enable destroying the original compact and strong structure into individual components. For microcrystalline cellulose (MCC), total conversion increases by 6–18% with a high crystallinity index (CI) of 0.81. As a result of alkaline treatment of rice husks, the inorganic component has been established to be "extracted" and to decrease in content. This is accompanied by partial delignification and a simultaneous increase in the content of cellulose. Using the method of organic solvent pulping of silica-free husk, the maximum amount of MCC (100% theoretically possible yield) with a CI of 0.77, a polymerization of 560.5, and a purity of 99.3% has been extracted. Silicon dioxide with a purity of, at least, 99.99% has been obtained. Conclusions. A way for obtaining cellulose from vegetable waste by the organic solvate pulping method has been described and the effect of pretreatment of lignocellulose biomass on the physical and chemical properties of obtained cellulose has been established.

Введение. Биомасса в большинстве случаев используется как энергетический источник, тогда как она является ценным химическим сырьем. На сегодня выделено 20 базовых соединений, полученных из растительного сырья и которых достаточно для изготовления большого ассортимента химической продукции. Проблематика. Не смотря на существенный потенциал растительных отходов для промышленности, в Украине работам в этом направлении уделяется недостаточно внимания. Цель. Создание эффективного технологического решения, которое обеспечит комплексную практически безотходную переработку отходов растительного происхождения с получением ликвидных продуктов. Материалы и методы. В исследовании использован метод органо-сольвентной варки, метод взрывного автогидролиза, гетерогенного катализа, ряд аналитических методов (технический, элементный, структурный анализ). Результаты. Показано, что обработка растительного сырья в условиях автогидролиза позволяет разрушить исходную компактную, крепкую структуру и разделить ее на индивидуальные составляющие. Для микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) происходит увеличение общей конверсии на 6—18 % с высоким индексом кристалличности (ИК) — 0,81. Установлено, что при щелочной обработке рисовой шелухи наблюдается «экстракция» неорганической составляющей и уменьшение ее содержания, а также частичная делигнификация с одновременным увеличением содержания целлюлозы. Методом органо-сольветной варки из предварительно очищенной от соединений кремния шелухи выделено максимальное количество МКЦ (100 % от теоретически возможного), с ИК 0,77, степенью полимеризации 560,5 и чистотой 99,3 %. Вместе с тем, получено образцы диоксида кремния с содержанием SiO₂ не меньше 99,99.