Федеральное государственное
Автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт цветных металлов и материаловедения
Кафедра аналитической и органической химии
|
УТВЕРЖДАЮ |
|
Заведующий кафедрой |
|
________ Б. Н. Кузнецов |
|
« » ________ 2015 г. |
Дипломная работа
020101.65 - Химия
ДЕЛИГНИФИКАЦИЯ ДРЕВЕСИНЫ БЕРЕЗЫ
ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА В СРЕДЕ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ
В ПРИСУТСТВИИ КАТАЛИЗАТОРА TiO2
Руководители ____________ доктор хим. наук, профессор Б. Н. Кузнецов
____________ науч. сотр., канд. хим. наук Н. В. Гарынцева
Выпускник ____________ Ю. В. Колпакова
Рецензент ____________ с.н.с., канд. хим. наук О. В. Яценкова
Красноярск 2015
РЕФЕРАТ
Выпускная квалификационная работа по теме «Делигнификация древесины березы пероксидом водорода в среде уксусной кислоты в присутствии катализатора TiO2» содержит 57 страниц текстового документа, ссылки на 53 использованных источников, 26 рисунков, 10 таблиц.
ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ДЕЛИГНИФИКАЦИЯ, ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА, ЦЕЛЛЮЛОЗА, ДИОКСИД ТИТАНА.
Объект исследования – древесина березы.
Цель работы: изучение возможности получения качественной целлюлозы делигнификацией древесины березы пероксидом водорода в среде уксусной кислоты в присутствии катализатора TiO2 и определение оптимального режима процесса делигнификации.
Исследовано влияние основных параметров (концентрации реагентов, температуры, гидромодуля) процесса делигнификации древесины березы экологически безопасным реагентом – Н2О2 в присутствии катализатора диоксида титана на выход и состав целлюлозного продукта.
Определены основные кинетические параметры процесса делигнификации древесины березы в среде «уксусная кислота – пероксид водорода – вода -TiO2». Установлены состав и строение целлюлозного продукта окислительного каталитического делигнификации древесины березы.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
1 Литературная часть 7
1.1 Древесина. Основные химические компоненты 7
1.2 Традиционные способы получения целлюлозы 10
1.2.1 Сульфатный метод 10
1.2.2 Сульфитный метод 12
1.3 Альтернативные способы получения целлюлозы 14
2. Экспериментальная часть 20
2.1 Реактивы и оборудование 20
2.2 Методика эксперимента 21 2.3 Расчет выхода целлюлозного продукта 21
2.4 Методика определения лигнина с 72%-ной серной кислотой
в модификации Комарова 22
2.5 Методика определения легкогидролизуемых полисахаридов 23
2.6 Определение массовой доли РВ в гидролизатах по методу
Макэна и Шоорля 23
2.7 ИК-спектроскопия 24
2.8 Рентгеноструктурный анализ 25
2.9 Определение средней степени полимеризации целлюлозы
в ЖВНК 25
Результаты и обсуждение 27
Оптимизация процесса делигнификации 30
Кинетическое исследование окислительного каталитического фракционирования древесины березы в мягких условиях 41
Состав и строение целлюлозного продукта окислительного
каталитического фракционирования древесины березы 46
Выводы 49
Список литературы 50
Аннотация на английском языке 57
ВВЕДЕНИЕ
Большие масштабы производства целлюлозы во всем мире приводят ежегодно к попаданию в окружающую среду миллионов тонн серы в виде сероводорода, органических сульфидов, сернистого ангидрида и других вредных соединений. В связи с этим актуальна задача совершенствования методов получения целлюлозы. Необходимым условием дальнейшего развития отрасли является снижение отрицательного воздействия предприятий на окружающую среду.
Одним из путей решения экологических проблем является создание принципиально новых способов получения целлюлозы, которые связаны с разработкой новых процессов делигнификации древесины, обеспечивающих повышение выхода и улучшения качества целлюлозы, а также экологическую безопасность ее производства [1-3].
В качестве альтернативных методов все чаще применяются каталитические методы делигнификации древесины. С целью уменьшения загрязнения окружающей средыиспользуются экологически чистые реагенты, такие как молекулярный кислород, пероксид водорода, озон. Такой процесс обычно проводится в среде органических растворителей [4].
В ИХХТ СО РАН разработан метод окислительной делигнификации древесины в среде «уксусная кислота – пероксид водорода». Ранее было установлено, что при делигнификации древесины осины [5, 6], пихты [7, 8] и лиственницы [9, 10] пероксидом водорода в среде уксусной кислоты в присутствии сернокислотного катализатора возможно получение качественных целлюлозных продуктов. Данный способ выгодно отличается от аналогичных невысоким содержанием пероксида водорода в делигнифицирующем растворе, незначительной продолжительностью, а также возможностью получения качественного целлюлозного продукта в одну стадию процесса [11-14]. Однако недостатком данного метода является проведение процесса при повышенных температурах (120 – 140°С) и давлении,а также использование коррозийно-активной серной кислоты.
Целью данной работы являлось изучение возможности получения качественной целлюлозы делигнификацией древесины березы пероксидом водорода в среде уксусной кислоты в присутствии катализатора TiO2 и определение оптимального режима процесса делигнификации.
Задачи:
Изучить влияние состава реакционной смеси и гидромодуля процесса на выход и состав целлюлозного продукта. Провести математическую обработку полученных данных с использованием методов Statgraphics Centurion XVI, определить оптимальные условия процесса делигнификации;
Исследовать кинетику процесса делигнификации древесины березы пероксидом водорода в среде уксусной кислоты в присутствии катализатора TiO2;
Провести химический и структурный анализ целлюлозы древесины березы, полученной в оптимальных условиях.