Целлюлоза служит основой не только для производства бумаги, но и различной химической продукции: вискозного шелка, лаков, красок, пороха. При ее изготовлении сырье необходимо очистить от примесей и отбелить. Ученые Пермского Политеха разработали метод, при котором решить эти задачи можно путем замены импортного хлопкового сырья отечественной древесиной, а отбелку древесной целлюлозы провести с помощью пероксида водорода. Такая технология не только экономичнее, но и экологичнее аналогов.
Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030». Статья опубликована в журнале «Химия растительного сырья».
Одним из ключевых этапов производства целлюлозы является ее отбелка. На этой стадии сырье обрабатывают химическими веществами, которые меняют белизну целлюлозы настолько, чтобы из нее можно было изготовить бумагу и картон высокого качества. Традиционно для этого продолжают использовать хлор или хлорсодержащие реагенты, однако мировые тенденции технологического развития требуют внедрения экономичных и экологически более безопасных способов обработки целлюлозы.
Применив в качестве белящего реагента пероксид водорода в кислой и щелочной средах, ученые Пермского Политеха разработали оригинальную технологию производства целлюлозы. Ее можно использовать как для производства бумаги, так и для дальнейшей химической переработки, например, с целью получения вискозных тканей или пороха. При этом решается проблема обеспечения технологического суверенитета за счет использования в качестве сырья древесины, а не дорогостоящего импортного хлопка.
Небеленую целлюлозу из древесины для исследований ученые получили в лабораторных условиях методом, разработанным ранее на кафедре «Технологии целлюлозно-бумажного производства» ПНИПУ. Затем полученное волокнистое сырье прошло последовательную обработку пероксидом водорода в щелочной и кислой среде с добавлением катализатора.
«В современных схемах отбелки целлюлозы пероксид водорода часто используется как белящий реагент. Известно также, что его можно использовать как в щелочной, так и в кислой среде. Поэтому мы предположили, что возможно провести весь цикл отбелки целлюлозы с использованием лишь одного окислительного реагента. В отличие от других способов отбелки в этом случае процесс несколько упрощается за счет того, что отбелка проводится при атмосферном давлении», — рассказывает доктор технических наук, профессор, профессор аэрокосмического факультета Фирдавес Хакимова.
Заявленной короткой четырехступенчатой схемы отбелки древесной целлюлозы оказалось достаточно, чтобы получить целлюлозу, пригодную в дальнейшем для изготовления взрывчатых веществ, эмалей, лаков и т.п. Однако она не позволила получить уровень белизны, достаточный для производства вискозы. Поэтому в процесс был добавлен еще один этап обработки целлюлозы с чередованием щелочной и кислой ступеней, что дало искомые результаты.
Таким образом, ученым удалось получить древесную целлюлозу разных назначений с использованием всего одного окислительного отбеливающего реагента – пероксида водорода. Полученный продукт соответствует требованиям для пороховой целлюлозы и нормам ГОСТ на вискозную целлюлозу I сорта. Применение разработанной технологии в промышленных условиях позволит решить проблему импортозамещения в производстве целлюлозы, так как вместо импортного хлопка сырьем выступает древесина.