Глава 2 экспериментальная часть

2.1 Реактивы и оборудование

2.2 Методика эксперимента

Делигнификацию измельченной древесины березы осуществляли в стеклянном реакторе, объемом 250 мл, снабженном механической мешалкой и обратным холодильником.

Раствор для делигнификации готовили из смеси ледяной уксусной кислоты, содержание которой составляло 25% масс., пероксида водорода, содержание в смеси которого варьировалось от 3 до 6 % масс., и дистиллированной воды. В качестве катализатора использовали промышленный TiO₂ в количестве 1% масс. от массы древесины.

Навеску древесины массой 8 г помещали в реактор и заливали ранее приготовленной реакционной смесью с добавлением катализатора в количестве 0,08 г. Делигнификацию проводили в течение 4 часов при постоянном перемешивании и температуре 100 °С. Гидромодуль составлял 5 и 15 .

После делигнификации твердый остаток отделяли от щелока фильтрованием на воронке Бюхнера, промывали до нейтральной реакции промывных вод, высушивали до воздушно-сухого состояния и анализировали.

2.3 Расчет выхода целлюлозного продукта

По окончании делигнификации твердый остаток высушивали до постоянной массы. Выход целлюлозного продукта рассчитывали по формуле:

Выход = * 100%, (1)

где m – масса абс. сухого целлюлозного продукта, г;

– масса навески древесины, г.

2.4 Методика определения лигнина с 72%-ной серной кислотой в модификации Комарова

Навеску воздушно-сухих опилок массой 1 г помещали в стакан вместимостью 50 мл. К навеске добавляли 15 мл 72%-ной H₂SO₄ (плотностью 1,64 г/см³) и выдерживали при температуре 24-25 °С в течение 2,5 ч при периодическом осторожном помешивании во избежание образования комков. Затем смесь лигнина с кислотой переносили в коническую колбу вместимостью 500 мл, смывая лигнин 200 мл дистиллированной воды. При этом пользовались стеклянной палочкой с резиновым наконечником.

Разбавленную смесь кипятили с обратным холодильником на электрической плитке (слабое кипение) в течение 1 ч. Затем лигнин отфильтровывали на бумажном фильтре. Начинали фильтрование без отсоса. Сначала на фильтр сливали отстоявшуюся жидкость, а затем начинали переносить осадок. При замедлении фильтрования подключали водоструйный насос. Необходимо оставлять слой воды перед добавлением каждой новой порции фильтруемой жидкости. После промывки от кислоты (по универсальной индикаторной бумаге) отсасывали жидкость полностью.

Для установления конца промывки каплю жидкости, стекающей с фильтра, наносили на фильтровальную бумагу. Если значение рН оставалось равным 7, промывку считали законченной.

Фильтр с лигнином сушили в сушильном шкафу при температуре (100±2) °С до постоянной массы и взвешивали. Массовую долю лигнина, % к абсолютно сухой исходной древесине, рассчитывают по формуле:

L=, (2)

где m₁ — масса фильтра с лигнином, г;

m — масса пустого фильтра, г;

g — масса абсолютно сухой навески древесины, г.

2.5 Методика определения легкогидролизуемых полисахаридов

Навеску воздушно-сухих опилок массой 2,5 г помещали в коническую колбу вместимостью 250 мл, добавляли 100 мл 2%-ной HCI и кипятили (слабое кипение) с обратным холодильником на электрической плитке в течение 3 ч. Для регулирования кипения под колбу подкладывали асбестовую сетку.

По окончании гидролиза отфильтровывали опилки на воронке Бюхнера с бумажным фильтром с отсосом. Остаток на фильтре промывали 150 мл горячей воды и использовали для определения трудногидролизуемых полисахаридов.

Фильтрат и промывные воды переносили в мерную колбу вместимостью 250 мл, доводили раствор после охлаждения дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивали. Массовую долю легкогидролизуемых полисахаридов, % к абсолютно сухой древесине, рассчитывают по формуле:

,

где с_л - массовая доля редуцирующих веществ (РВ) в гидролизате легкогидролизуемых полисахаридов, %;

V - объем гидролизата, мл;

k_л - коэффициент пересчета моносахаридов в полисахариды;

g — масса абсолютно сухой навески древесины, г.

Коэффициент пересчета k_л вычисляется на основании реакций гидролиза полисахаридов. Для пентозанов k_л= 132/150 = 0,88, а для гексозанов k_л = 162/180 = 0,90, где 132 и 162 - молекулярные массы звеньев соответствующих полисахаридов, а 150 и 180 - молекулярные массы пентоз и гексоз. Принимая содержание гексоз и пентоз в гидролизатах древесины примерно равным, для расчета используют значение коэффициента k_л = 0,88.

2.6 Определение массовой доли РВ в гидролизатах по методу Макэна и Шоорля

Для получения реактива Фелинга готовили два раствора: А – 6,93 г CuSO₄5H₂O в 100 мл водного раствора; Б – 34,6 г сегнетовой соли и 10 г NaOH в 100 мл водного раствора.

Методика анализа. В коническую колбу вместимостью 250 см³ вливали пипеткой 10 мл раствора А, затем 10 мл раствора Б и 20 мл гидролизата легкогидролизуемых полисахаридов. Смесь разбавляли дистиллированной водой до общего объема 50 мл и хорошо перемешивали.

Ставили колбу на горячую включенную электроплитку, нагревали смесь до кипения в течение 3 мин и кипятили точно 2 мин (умеренное кипение), используя секундомер, считая с момента появления первого пузырька на поверхности раствора. Под колбу подкладывали асбестовую сетку. Для уменьшения испарения в горло колбы вставляли маленькую конусообразную стеклянную воронку.

По окончании кипячения колбу быстро охлаждали холодной водой до 25 °С, добавляли раствор KI (3 г KI в 10 мл воды) и 10 мл 25%-ной H₂SO₄ и сразу же при непрерывном перемешивании титровали выделившийся йод раствором тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃) концентрацией 0,1 моль/дм³ до перехода коричневой окраски в светло-желтую. Окончание титрование определяли при помощи "йод-крахмальной" индикаторной бумаги.

В аналогичных условиях, но без добавления раствора сахара, проводили контрольный опыт. По разности расходов раствора Na₂S₂O₃ в контрольном и рабочем опытах находили количество сахара в пробе гидролизата, взятой на анализ.

Затем рассчитывали массовую долю РВ в гидролизате по формуле:

c=,

где — количество сахара в пробе гидролизата, мг,

– объем гидролизата легкогидролизуемых полисахаридов, мл.