Окислительная делигнификация пшеничной соломы: пероксидная варка и щелочная экстракция

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.

1. Linda 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Крупин В. И., Демьяновская Н. В., Кудряшов В. Н. Солома – сырьё для бумажной промышленности // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2010. № 3. C. 50–51.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

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.

16. 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).

17. Пен Р. З. Планирование эксперимента в Statgraphics Centurion. Красноярск : СибГТУ, 2014. 293 с.

18. Пен Р. З., Пен В. Р. Статистические методы математического моделирования, анализа и оптимизации технологических процессов. С.-Петербург : Лань, 2020. 308 с.