Целлюлоза является основным компонентом для производства бумаги и картона, однако ее сфера применения этим не ограничивается. Из нее делают вискозные и шелковые нити, высокопрочные волокна, целлофановые пленки, пластмассы, лаки, бездымный порох, изделия медицинского и гигиенического назначения. Для этих целей используется около 7% вырабатываемой в мире целлюлозы. Ее производство требует тщательной механической и химической переработки древесины. Для этого используется сложное и дорогостоящее технологическое оборудование. Важно, чтобы предприятия применяли самые современные и эффективные технологии, которые позволят сэкономить энергию и сырье, а также значительно уменьшить загрязнение сточных вод, особенно от отбелки целлюлозы. Ученые Пермского Политеха разработали улучшенную схему этого процесса, которая позволяет получить беленую и облагороженную целлюлозу (для химической переработки) высокого качества белизной не менее 90% с меньшим экологическим следом.
Статья опубликована в журнале «Химия растительного сырья», № 4, 2024. Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
Целлюлозу для химической переработки часто называют растворимой целлюлозой, так как в процессе дальнейшей переработки из нее получают растворы для производства различных волокон и пленок. Это позволяет использовать ее для получения широкого спектра продуктов текстильной, пищевой, медицинской и других отраслей промышленности. Однако ее производство в промышленных масштабах в России приостановлено, тогда как в зарубежной практике получение такого продукта востребовано, и спрос на нее высок.
В России, богатой лесными ресурсами, возобновление производства древесной целлюлозы для химической переработки актуально, поскольку это позволит решить проблему импортозамещения: в настоящее время вместо древесины в стране используют хлопок, а древесные волокнистые продукты часто импортируют. Производство древесной целлюлозы для химической переработки требует усовершенствования технологии с целью получения продуктов, заменяющих хлопок.
Ученые Пермского Политеха улучшили разработанную ими ранее оригинальную технологию получения растворимой целлюлозы. Вместо дорогих кислорода, озона со сложными технологиями и неэкологичного молекулярного хлора политехники используют экологичные и более технологичные отбеливающие реагенты — пероксид водорода и хлорит натрия.
— Технология включает в себя несколько этапов. Целлюлозу необходимо обработать пероксидом водорода в кислой среде, затем щелочью. Далее производят отбелку: сначала хлоритом натрия, потом проводят горячее щелочное облагораживание и снова отбеливают хлоритом натрия. К целлюлозе для химической переработки предъявляются жесткие требования по вязкости в зависимости от ее назначения; этот показатель регулируют с помощью гипохлорита натрия. В заключение процесса отбелки проводят обработку целлюлозы кислотой, — комментирует Ольга Носкова, доцент кафедры технологии полимерных материалов и порохов ПНИПУ, кандидат технических наук.
— В нашей схеме мы оптимизировали ступени отбелки и облагораживания целлюлозы, чтобы приблизить показатели качества древесной целлюлозы к качеству целлюлозы из хлопка, сделав этот процесс более экологичным и эффективным. Для этого в схему добавлен новый этап — повторная отбелка хлоритом натрия. Он практически не подвергает древесные волокна разрушению, в то время как при других методах этого процесса потери волокна значительны. Оптимизированная технология производства позволила получить древесную целлюлозу, не уступающую по качеству хлопковой, — рассказывает Фирдавес Хакимова, профессор кафедры технологии полимерных материалов и порохов ПНИПУ, доктор технических наук.
Разработанная учеными Пермского Политеха улучшенная технология обработки целлюлозы с использованием более экологичных реагентов открывает новые перспективы для возобновления ее производства в России. Это не только поможет решить проблему импортозамещения, но и значительно снизит негативное воздействие на окружающую среду, обеспечивая высокое качество конечного продукта и его соответствие государственным стандартам. Преимущество технологии также в том, что ее можно внедрить в существующие технологии на действующих заводах с относительно небольшими затратами, гораздо меньшими, чем строительство нового производства.