hbzХвойные бореальной зоныConifers of the boreal area1993-0135СибГУhbz-35Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯОкислительная делигнификация пшеничной соломы: пероксидная варка и щелочная экстракцияOxidative delignification of wheat straw: peroxide cooking and alkaline extraction .ПенР. З.PenR. Z.

660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский Рабочий», 31  

31, Krasnoyarskii Rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037

robertpen@yandex.ruШапироИ. Л.ShapiroI. L.

660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский Рабочий», 31  

31, Krasnoyarskii Rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037

АмбросовичЮ. А.AmbrosovichY. A.

660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский Рабочий», 31  

31, Krasnoyarskii Rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037

ПенВ. Р.PenV. R.

660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский Рабочий», 31  

31, Krasnoyarskii Rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. РешетневаРоссияReshetnev Siberian State University of Science and TechnologyRussian Federation202204022022402168172Copyright © Пен Р.З., Шапиро И.Л., Амбросович Ю.А., Пен В.Р., 20222022Пен Р.З., Шапиро И.Л., Амбросович Ю.А., Пен В.Р.Pen R.Z., Shapiro I.L., Ambrosovich Y.A., Pen V.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hbz.elpub.ru/jour/article/view/35

Стебли пшеничной соломы (Triticum sp.), заготовленной в Емельяновском районе Красноярского края, делигнифицировали окислительным способом в две ступени. Вначале отрезки стеблей длиной 2...3 см обрабатывали водным раствором пероксида водорода и уксусной кислоты (первая ступень). Уксусная кислота окисляется до перуксусной кислоты, которая, в свою очередь, окисляет лигнин. Условия окислительной ступени: начальная концентрация уксусной кислоты 36 %, пероксида водорода – 12 %, серной кислоты (катализатор образования перуксусной кислоты) – 0,45 %; гидромодуль 3; температура 85 °С; продолжительность 2 часа. Затем полученный с выходом 85,8 % в виде неразделившегося на волокна полупроваренный продукт обрабатывали водным раствором гидроксида натрия (вторая ступень) для растворения окисленного лигнина. Условия второй ступени: гидромодуль 3; температура 85 °С; концентрацию щелочи изменяли в интервале от 2 до 4 %, продолжительность – от 0,5 до 1,5 часа. Зависимости выхода технической целлюлозы и «непровара» от переменных факторов аппроксимировали уравнениями регрессии второго порядка, которые использовали для графического представления результатов в виде поверхностей отклика и вычисления оптимальных условий процесса методом нелинейного математического программирования. Максимальный выход технической целлюлозы 40,2 % при отсутствии «непровара» получен при концентрации щелочи 3,6 % и продолжительности 1,5 часа. Соломенная целлюлоза может быть использована вместо лиственной целлюлозы в композиции с целлюлозой из древесины хвойных пород при производстве массовых видов бумаги и картона.

The stalks of wheat straw Triticum sp., harvested in the Yemelyanovsky District of the Krasnoyarsk Krai, were delignified by an oxidizing method in two stages. Initially, segments of stalks 2...3 cm long were treated with an aqueous solution of hydrogen peroxide and acetic acid (the first stage). Acetic acid is oxidized to peracetic acid, which in turn oxidizes lignin. Conditions of the oxidizing stage: initial concentration of acetic acid is 36 %, hydrogen peroxide – 12 %, sulfuric acid (catalyst for the formation of peracetic acid) – 0.45 %; hydromodule 3; temperature 85 °C; duration is 2 hours. Then, the semi-cooked product obtained with a yield of 85.8 % in the form of undivided fibers was treated with an aqueous solution of sodium hydroxide (second stage) to dissolve oxidized lignin. Conditions of the second stage: hydromodule 3; temperature 85 °C; alkali concentration was changed in the range from 2 to 4 %, duration – from 0,5 to 1,5 hours. The dependences of the yield of technical pulp and “non-steam” on variable factors were approximated by second-order regression equations, which were used to graphically represent the results in the form of response surfaces and calculate optimal process conditions by nonlinear mathematical programming. The maximum yield of technical cellulose of 40.2 % in the absence of “non-steam” was obtained at an alkali concentration of 3.6 % and a duration of 1.5 hours.

солома пшеницыхвойная древесиналиственная древесинасоломенная целлюлозаделигнификация соломыокислительная делигнификацияперуксусная кислотаwheat strawstraw cellulosesoftwood pulphardwood pulpstraw delignificationoxidative delignificationperacetic acidРабота выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России на выполнение коллективом научной лаборатории «Глубокой переработки растительного сырья» проекта «Технология и оборудование химической переработки биомассы растительного сырья» (номер темы FEFE-2020-0016).ReferencesLinda J. Tsang, Jan D. Reid, Ewen C. Coxworth. Delignification of Wheat Straw by Pleurotus spp. under Mushruum-Growing Conditions // Applied and Environ mental. Microbiology.1987. Vol. 53. No. 6. Р. 1304– 1306.Linda J. Tsang, Jan D. Reid, Ewen C. Coxworth. Delignification of Wheat Straw by Pleurotus spp. under Mushruum-Growing Conditions // Applied and Environmental. Microbiology.1987. Vol. 53. No. 6. R. 1304– 1306.Junenez I., Maestre F., Torre M. J., Perez I. Organosolv pulping of wheat straw by use of methanol-water mixtures // Tappi J. 1997. Vol. 80, No. 12. P. 148–154.Junenez I., Maestre F., Torre M. J., Perez I. Organosolv pulping of wheat straw by use of methanol-water mixtures // Tappi J. 1997. Vol. 80, No. 12. P. 148–154.Epelde Gonzalo I., Lindgren C. T., Lindstrom M. E. Kinetics of wheat straw drlignification in soda and kraft pulping // J. Wood Chem. and Technol. 1998. Vol. 18, No. 1. P. 69–82.Epelde Gonzalo I., Lindgren C. T., Lindstrom M. E. Kinetics of wheat straw drlignification in soda and kraft pulping // J. Wood Chem. and Technol. 1998. Vol. 18, No. 1. P. 69–82.Sudhagar M., Tabil L. G., Sokhansanj S. Grinding performance and physical properties of wheat barley straws, corn stover and switchgrass // Biomass and Bioenergy. 2004. No. 27. P. 339–352.Sudhagar M., Tabil L. G., Sokhansanj S. Grinding performance and physical properties of wheat barley straws, corn stover and switchgrass // Biomass and Bioenergy. 2004. No. 27. P. 339–352.Sun X. F., Sun R. C., Su Y., Sun J. X. Comparative study of crude and purified cellulose from wheat straw // J. Agricult. Food Chemist. 2004. Vol. 52. P. 839–847.Sun X. F., Sun R. C., Su Y., Sun J. X. Comparative study of crude and purified cellulose from wheat straw // J. Agricult. Food Chemist. 2004. Vol. 52. P. 839–847.Делигнификация соломы пшеницы смесью уксусной кислоты и пероксида водорода в присутствии сернокислотного катализатора / Б. Н. Кузнецов, В. Г. Данилов, И. Г. Судакова и др. // Химия растительного сырья. 2009. № 4. С. 39–44.Delignifikatsiya solomy pshenitsy smes’yu uksusnoy kisloty i peroksida vodoroda v prisutstvii sernokislotnogo katalizatora / B. N. Kuznetsov, V. G. Danilov, I. G. Sudakova i dr. // Khimiya rastitel’nogo syr’ya. 2009. № 4. S. 39–44.Zia-ullah Khokhar, Syed Q., Nadeem M., Baig S., Irfan M., Gul I., Tipu I., Aslam S., Zahoor Q., Samra M. Athar A. Delignification of Wheat Straw with Acid and Hydro-Steam under Pressure // World Applied Sciences Journal. 2010. No. 11(12). P. 1524–1530.Zia-ullah Khokhar, Syed Q., Nadeem M., Baig S., Irfan M., Gul I., Tipu I., Aslam S., Zahoor Q., Samra M. Athar A. Delignification of Wheat Straw with Acid and Hydro-Steam under Pressure // World Applied Sciences Journal. 2010. No. 11(12). P. 1524–1530.Крупин В. И., Демьяновская Н. В., Кудряшов В. Н. Солома – сырьё для бумажной промышленности // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2010. № 3. C. 50–51.Krupin V. I., Dem’yanovskaya N. V., Kudryashov V. N. Soloma – syr’yё dlya bumazhnoy promyshlennosti // Tsellyuloza. Bumaga. Karton. 2010. № 3. C. 50–51.Yimmon B. M., Gogate P. R., Horvath M. Cavitation assisted delignification of wheat straw: A review // Ultrasonics Sonochemistry. 2012. Vol. 19. P. 984–993. DOI: 10.1016/j.ultsorich.2012.02.007.Yimmon B. M., Gogate P. R., Horvath M. Cavitation assisted delignification of wheat straw: A review // Ultrasonics Sonochemistry. 2012. Vol. 19. P. 984–993. DOI: 10.1016/j.ultsorich.2012.02.007.Zhulan Liu, Yunfeng Cao, Hua Yao, Siqi Wu. Oxygen Delignification of Wheat Straw Soda Pulp with Anthraquinone Addition // BioResuorces. 2013. Vol. 8. P. 1306–1319.Zhulan Liu, Yunfeng Cao, Hua Yao, Siqi Wu. Oxygen Delignification of Wheat Straw Soda Pulp with Anthraquinone Addition // BioResuorces. 2013. Vol. 8. P. 1306–1319.Пен Р. З., Каретникова Н. В., Шапиро И. Л. Катализируемая делигнификация растительного сырья пероксидом водорода и пероксикислотами (обзор) // Химия растительного сырья. 2020. № 4. С. 329–347. DOI: 10.14258/jcprm.2020048119.Pen R. Z., Karetnikova N. V., Shapiro I. L. Kataliziruyemaya delignifikatsiya rastitel’nogo syr’ya peroksidom vodoroda i peroksikislotami (obzor) // Khimiya rastitel’nogo syr’ya. 2020. № 4. S. 329–347. DOI: 10.14258/jcprm.2020048119.Pen R. Z., Shapiro I. L., Silin D. R. Delignification of plant raw materials with peroxo compounds // Scientific research of the SCO countries: synergy and integration : International Conference (2020, December 8). Beijing, China. 2020. Part 3. P. 163–168.Pen R. Z., Shapiro I. L., Silin D. R. Delignification of plant raw materials with peroxo compounds // Scientific research of the SCO countries: synergy and integration : International Conference (2020, December 8). Beijing, China. 2020. Part 3. P. 163–168.Пен Р. З., Бывшев А. В., Шапиро И. Л., Мирошниченко И. В., Тарабанько В. Е. Низкотемпературная окислительная делигнификация древесины. 8. Пероксидная варка и щелочная экстракция // Химия растительного сырья. 2001. № 3. С. 5–10.Pen R. Z., Byvshev A. V., Shapiro I. L., Miroshnichenko I. V., Taraban’ko V. Ye. Nizkotemperaturnaya okislitel’naya delignifikatsiya drevesiny. 8. Peroksidnaya varka i shchelochnaya ekstraktsiya // Khimiya rastitel’nogo syr’ya. 2001. № 3. S. 5–10.Пен Р. З., Бывшев А. В., Шапиро И. Л., Мирошниченко И. В., Тарабанько В. Е. Низкотемпературная окислительная делигнификация древесины. 9. Пероксидная варка древесины разных пород // Химия растительного сырья. 2001. № 3. С. 11–15.Pen R. Z., Byvshev A. V., Shapiro I. L., Miroshnichenko I. V., Taraban’ko V. Ye. Nizkotemperaturnaya okislitel’naya delignifikatsiya drevesiny. 9. Peroksidnaya varka drevesiny raznykh porod // Khimiya rastitel’nogo syr’ya. 2001. № 3. S. 11–15.Шулепова А. А., Мирошниченко И. В., Пен Р. З., Бывшев А. В. Влияние породы древесины на ход двухступенчатой пероксидной варки // Химиколесной комплекс – проблемы и решения. Т. 1. Красноярск : СибГТУ, 2001. С. 305–306.Shulepova A. A., Miroshnichenko I. V., Pen R. Z., Byvshev A. V. Vliyaniye porody drevesiny na khod dvukhstupenchatoy peroksidnoy varki // Khimiko-lesnoy kompleks – problemy i resheniya. T. 1. Krasnoyarsk : SiBGTU, 2001. S. 305–306.Пен Р. З., Шапиро И. Л., Коркина М. А., Каретникова Н. В. Делигнификация пшеничной соломы пероксосоединениями при низком жидкостном модуле // Решетневские чтения [Электронный ресурс] : материалы ХХV Междунар. науч.-практ. конф. (10–12 нояб. 2021, г. Красноярск) в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; СибГУ им. М. Ф. Решетнева. Красноярск, 2021. Ч. 2. С. 127–128. URL: https://reshetnev.sibsau.ru/ page/materialy (дата обращения: 18.12.2021).Pen R. Z., Shapiro I. L., Korkina M. A., Karetnikova N. V. Delignifikatsiya pshenichnoy solomy peroksosoyedineniyami pri nizkom zhidkostnom module // Reshetnevskiye chteniya [Elektronnyy resurs] : materialy ХХV Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (10–12 noyab. 2021, g. Krasnoyarsk) v 2 ch. / pod obshch. red. Yu. Yu. Loginova ; SiBGU im. M. F. Reshetneva. Krasnoyarsk, 2021. Ch. 2. S. 127–128. URL: https:// reshetnev.sibsau.ru/page/materialy (data obrashcheniya: 18.12.2021).Пен Р. З. Планирование эксперимента в Statgraphics Centurion. Красноярск : СибГТУ, 2014. 293 с.Pen R. Z. Planirovaniye eksperimenta v Statgraphics Centurion. Krasnoyarsk : SiBGTU, 2014. 293 s.Пен Р. З., Пен В. Р. Статистические методы математического моделирования, анализа и оптимизации технологических процессов. С.-Петербург : Лань, 2020. 308 с.Pen R. Z., Pen V. R. Statisticheskiye metody matematicheskogo modelirovaniya, analiza i optimizatsii tekhnologicheskikh protsessov. S.-Peterburg : Lan’, 2020. 308 s.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.