Ученые ПНИПУ разработали оригинальную технологию получения древесной целлюлозы с применением для отбелки трех окислительных реагентов — пероксида водорода, хлорита натрия и гипохлорита натрия.
Целлюлозно-бумажная промышленность вырабатывает древесную целлюлозу для производства бумаги и картона, а также специальные ее виды для химической переработки — древесную растворимую целлюлозу. Эфиры последней широко применяются для получения большого набора важнейших продуктов, например, для производства вискозы и получения бездымного пороха путем нитрования.
Такая целлюлоза востребована в оборонной, аэрокосмической, текстильной и химической промышленности. Для этих же целей используют хлопковую целлюлозу, но она импортируется из-за рубежа, дорогостоящая и дефицитная. Производство древесной растворимой целлюлозы после распада СССР в России прекращено, а за рубежом, наоборот, расширяется в связи с уходом из рынка мощного производителя — нашей страны. Поэтому сейчас актуально возобновление производства целлюлозы для нитрования, чтобы можно было обеспечить импортозамещение хлопка.
Результаты исследований опубликованы в журнале «Химия. Экология. Урбанистика», том 2 за 2024 год. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
В работе освещено еще одно новое направление исследований кафедры технологии целлюлозно-бумажного производства ПНИПУ. Традиционно сырье для химической переработки получают из «мягкой» целлюлозы с небольшой массовой долей лигнина (компонента древесины). На кафедре ТЦБП впервые получили основу для создания пороха из отечественного промышленного древесного волокна с высоким содержанием лигнина. Обычно это волокно используется для производства бумаги. Новый способ сокращает расход древесины и снижает себестоимость продукции.
«Наша технология предлагает использование экологичных реагентов, не наносящих урон окружающей среде, то есть, экологичность; упрощение технологии – снижение числа ступеней обработки при получении беленой и облагороженной целлюлозы, что снижает расходы на их логистику, транспортировку, хранение и приготовление отбельных растворов. Кроме того, новый способ обладает высокой безопасностью, так как в процессе не участвуют аппараты, работающие под давлением, – говорит аспирант, ассистент кафедры технологии полимерных материалов и порохов ПНИПУ Илья Фонарев.
Отбелка и облагораживание целлюлозы новым методом проводятся по определенной схеме. Сначала сырье обрабатывают пероксидом водорода в кислой среде, затем – щелочью, отбеливают хлоритом натрия, проводят горячее щелочное облагораживание, отбеливают гипохлоритом натрия и в заключение обрабатывают кислотой. Между ступенями отбелки проводится промывка целлюлозы водой.
«Необычной и оригинальной в разработанном способе является стадия обработки целлюлозы пероксидом водорода в кислой среде. Процесс проводится с применением специфического катализатора (вещества, которое ускоряет все химические процессы). Кислая среда на этой ступени создается серной кислотой, которая выполняет две функции – регулирование кислотности и ускорение процессов, то есть также является катализатором. Таким образом проявляется общий эффект от совместного воздействия серной кислоты и катализатора. Остальные ступени процесса – традиционные и привычные для специалистов по отбелке целлюлозы», – объясняет доктор технических наук, профессор кафедры технологии полимерных материалов и порохов ПНИПУ Фирдавес Хакимова.
Ученые Пермского Политеха получили целлюлозу для создания пороха с показателями, полностью соответствующими требованиям качества. Это дает возможность двойного импортозамещения на производстве – по сырью, поскольку дорогостоящий хлопок заменяется древесиной, и по целлюлозе для пороха, которая сейчас является импортной.