Производство целлюлозы для химической переработки является очень важной отраслью в современном мире. Из данного материала не делают бумагу или картон, а производят более сложные продукты: порох, кино- и фотопленки, пластмассы, лаки, краски и другие изделия. Но на сегодняшний день процесс приготовления целлюлозы является довольно сложным и дорогим процессом, а некоторые компоненты дефицитные. Поэтому ведется поиск более простых методов производства, которые смогут решить существующие проблемы. Ученые Пермского Политеха разработали способ получения целлюлозы для химической переработки из березовой древесины, который позволит заменить дефицитные материалы, а также удешевить процесс производства. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Учеными ПНИПУ получен патент Российской Федерации на изобретение способа получения целлюлозы для химической переработки № 2797173.
По словам политехников, традиционно для получения целлюлозы, применяемой для химической переработки, используют древесину ели или пихты. Запасы этих деревьев сильно снижены и постепенно истощаются. Поэтому ученые предлагают заменить их на березу, количество которой не уменьшается уже десятилетия. Но из-за замены основного материала изменится и способ производства целлюлозы.
— Режим варки березовой древесины отличается от еловой вследствие высокой плотности березы, из-за этого ее необходимо пропитывать более длительное время. Но поскольку лиственная древесина варится легче хвойной, то в данном случае сокращается продолжительность всего процесса. Изобретение позволяет упростить изготовление целлюлозы для химической переработки благодаря усовершенствованию процесса отбелки и облагораживания для получения качественного целевого продукта. В случае реализации предлагаемой технологии предприятия смогут снизить свои затраты на производство продукции и очистку сточных вод, так как разработанный способ еще и экологичнее существующих, — рассказывает доктор технических наук, профессор кафедры технологии полимерных материалов и порохов Фирдавес Хакимова.
Целлюлозу необходимого качества ученые получали варкой березовой щепы в автоклавах (сосуд для нагревания под давлением выше атмосферного при высокой температуре) с сульфитной варочной кислотой по разработанному ранее температурному графику. Выход небеленой целлюлозы после варки из березы выше, чем из хвойной древесины. Поскольку лиственные породы отличаются меньшей длиной волокон, то от небеленой березовой целлюлозы отделяли очень мелкое волокно в количестве 7-8%. Далее полученная масса подвергалась отбелке и облагораживанию. Предлагаемый метод отбеливания гораздо экономичнее и экологичнее традиционных, поэтому расходуется меньше химикатов, электроэнергии и пара, что позволяет снизить себестоимость продукции. Кроме того, новый оригинальный способ исключает образование хлорорганических компонентов в сточных водах и газовых выбросах отбельного цеха, что снижает затраты на их очистку.
Схема предлагаемого нового способа отбелки следующая: Пк-ЩГ-К-ГО-Г-К. Сначала идет обработка пероксидом водорода в кислой среде, затем щелочная обработка, кисловка, горячее облагораживание, отбелка гипохлоритом натрия и снова кисловка. Между всеми ступенями идет промывка целлюлозы водой. Особенность технологии является то, что в процессе не используется молекулярный хлор, применяется более простое оборудование и расходуются дешевые химикаты (гипохлорит натрия).
Разработанный способ получения целлюлозы для химической переработки учеными ПНИПУ позволит снизить затраты предприятий на изготовление и себестоимость продукции. Кроме того, благодаря новому способу исчезает необходимость использовать дефицитные еловые и пихтовые деревья, что дает возможность сохранить их запасы.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн. рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % —региональные университеты.