| Popis: |
Актуальність теми: Відсутність сировинної бази є основним бар’єром для збільшення обсягів виробництва, розширення асортименту продукції вітчизняної паперової галузі та заміщення імпорту. Вступ України до СОТ дає усі підстави стверджувати, що існують об’єктивні передумови для подальшого розвитку вітчизняної ЦПП та збільшення випуску паперу і картону. Технології окисно-органосольвентних варінь хвойної та листяної деревини достатньо широко висвітлені в літературі на відміну від одержання волокнистих напівфабрикатів із недеревної рослинної сировини (НДРС), насамперед, пшеничної соломи. Особливого розвитку набули варіння з використанням пероксокарбонових кислот. Ефективними каталізаторами окислення лігніну пероксидом водню є сполуки перехідних металів – хрому, молібдену, вольфромату. Пероксокарбонові кислоти, як і більшість гідропероксидів, хімічно нестабільні, головним чином внаслідок впливу домішок металів змінної валентності. Підвищення стабільності пероксокислот помітно ефективніше при додаванні лимонної кислоти. Тому такі окисно-органосольвентні технології є одним із перспективних напрямків одержання целюлози із недеревної рослинної сировини. Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота пов’язана з виконанням ініціативної теми «Розробка інноваційних технологій рослинного ресурсозбереження», номер реєстрації 0116U006210, дата реєстрації 11.05.2016, термін дії з 04.2016 по 12.2021. Мета і задачі дослідження. Мета магістерської дисертаційної роботи полягає у розробці нової екологічно безпечної технології одержання із пшеничної соломи окисно-органосольвентним способом делігніфікації целюлози і комплексне використання відпрацьованих розчинів. Для досягнення вказаної мети було поставлено наступні задачі: 1. Дослідити вплив основних технологічних параметрів: тривалості і температури варіння та вмісту каталізатора на показники якості солом’яних волокнистих напівфабрикатів. 2. Одержати математичні моделі процесу окисно-органосольвентного варіння пшеничної соломи з використанням методів математичного планування експерименту. 3. Визначити показники вибірковості розчинення лігніну для дослідженого способу делігніфікації стебел пшеничної соломи. 4. Отримати кінетичні характеристики процесу делігніфікації рослинної сировини. 5. Проаналізувати відпрацьовані розчини та запропонувати шляхи їх використання. Обєкт дослідження – процеси одержання целюлози із пшеничної соломи, вилучення твердого залишку з відпрацьованих щолоків Предмет дослідження – визначення технологічних параметрів процесу одержання окисно-органосольвентної солом’яної целюлози, параметрів процесів переробки та утилізації відпрацьованих щолоків. Методи дослідження: Для визначення хімічного складу рослинної сировини, показників якості солом’яної целюлози використовували хімічні, фізико-хімічні та фізико-механічні методи аналізу. Для одержання математичних залежностей показників якості окисно- органосольвентної солом’яної целюлози від її технологічних параметрів використовували метод повного факторного експерименту, а для пошуку оптимальних значень технологічних параметрів процесу одержання солом’яних ВНФ – метод багатокритеріальної оптимізації з використанням узагальненої функції бажаності Харінгтона. Інфро – червоний спектр (ІЧ) окисногоного лігніну реєстрували на спектрофотометрі “Specord M80” (“Carl Zeiss”, Німеччина) в діапазоні 300– 4000 см-1. Наукова новизна одержаних результатів: вперше показано можливість одержання солом’яних волокнистих напівфабрикатів окисно-органосольвентним способом делігніфікації стебел пшеничної в системі оцтова кислота-вода- пероксид водню-лимонна кислота. Встановлено вплив витрат делігніфікуючих реагентів, тривалості варіння та витрат каталізатору на показники якості одержаних ВНФ. Визначено умови та встановлено залежності між параметрами процесів вилучення з відпрацьованих щолоків окисного лігніну. Практичне значення одержаних результатів. Розроблена технологія одержання окисно-органосольвентних солом’яної целюлози дозволяє зменшити обсяги використання деревини в ЦПП; енергетичні витрати на підготовку рослинної сировини до варіння, на стадіях варіння і розмелювання ВНФ та зменшити екологічне навантаження на довкілля; частково замінити деревну целюлозу на солом'яні ВНФ в композиції масових видів картонно-паперової продукції. Результати досліджень впроваджено у навчальний процес при викладанні курсу лекцій «Хімія деревини та синтетичних полімерів», «Технологія целюлози» та «Хімічна переробка недеревної рослинної сировини», при виконанні нових лабораторних робіт з курсу «Методи досліджень процесів одержання та переробки волокнистих напівфабрикатів», магістерських і дипломних робіт студентів спеціальності 161 «Хімічна технологія та інженерія» кафедри екології та технології рослинних полімерів НТУУ «КПІ імені Ігоря сікорського». Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на міжнародних конференціях: – XХ міжнародна науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Ресурсоенергозберігаючі технології та обладнання», Київ, 28-29 квітня 2021 р; – VI international science conference on basic sciences, arts, business and education, internet technologies and society «Trends snd directions of development of scientific approaches and orospects of integration of internet nechnologies into society”, 23-26 february, 2021, Stockholm, Sweden; – Proceedings of I international scientific and practical conference «Modern research in world science”, 17-19 april, 2022, Lviv; – XХІ міжнародна науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Ресурсоенергозберігаючі технології та обладнання», Київ, 27-28 квітня 2022 р. Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано шість наукових праць, з яких 4 тези доповідей на міжнародних конференціях, 1 стаття у фаховому виданні, 1 стаття у міжнародному науковому журналі. Relevance of the topic: The lack of a production base is the main barrier for increasing the volume of production, expanding the assortment of domestic paper products and replacing imports. Ukraine's accession to the WTO gives all grounds to state that there are positive conditions for the further development of the domestic papermaking industry and increase in the production of paper and cardboard. Technologies of oxidative-organosolvent brews of coniferous and deciduous wood are widely enough covered in the literature in contrast to obtaining fibrous semi- finished products from non-timber plant raw materials (RWS), first of all, wheat straw. Special development was given to peroxocarboxylic acid brews. Transition metal compounds such as chromium, molybdenum, and wolframate are effective catalysts for hydrogen peroxide oxidation of lignin. Peroxycarboxylic acids, like most hydroperoxides, are chemically unstable, mainly as a result of impurities of metals of variable valence. Increasing the stability of peroxo acids is noticeably more effective when citric acid is added. Therefore, such oxidation-organosolvent technologies are one of the promising directions for obtaining cellulose from non-timber plant raw materials. Relation of the work to scientific programs, plans, topics. The dissertation work is related to the implementation of the initiative topic "Development of innovative technologies for plant resource conservation", registration number 0116U006210, registration date 11.05.2016, valid from 04.2016 to 12.2021. Goals and objectives of the research. The goal of the master's dissertation work is to develop a new environmentally safe technology of obtaining from wheat straw by oxidative-organosolvent method of delignification of cellulose and integrated use of waste solutions. To achieve the above goal, the following tasks were set: 1. To study the influence of the main technological parameters: the duration and temperature of brewing and catalyst content on the quality indicators of fibrous semi- finished products from straw. 2. To obtain mathematical models of the process of oxidation-organosolvent cooking of wheat straw, using the methods of mathematical planning of the experiment. 3. To determine lignin dissolution selectivity indices for the investigated method of wheat straw stalk delignification. 4. Obtain the kinetic properties of the process of delignification of vegetable raw materials. 5. Analyze the spent solutions and suggest ways to use them. The object of the research - processes of obtaining pulp from wheat straw, extraction of the solid residue from spent lyes. Subject of research - determining the technological parameters of the process of production of oxidative organosolvent straw pulp, parameters of the processes of processing and disposal of waste lyes. Methods of research: To determine the chemical composition of plant raw materials, quality indicators of straw pulp we used chemical, physical and chemical and physical-mechanical methods of analysis. To obtain mathematical dependences of quality indicators of oxidation- organosolvent straw pulp from its technological parameters we used the method of complete factor experiment, and to find the optimal values of technological parameters of the process of obtaining straw FSFP we used the method of multicriteria optimization using the generalized Harington desirability function. Infra-red spectrum (IR) of oxidized lignin was recorded on a spectrophotometer "Specord M80" ("Carl Zeiss", Germany) in the range of 300-4000 cm-1. Scientific novelty of the obtained results: the possibility of obtaining straw- fiber semi-finished products by oxidative-organosolvent method of wheat stalk delignification in the system acetic water-hydrogen peroxide-lemonic acid has been shown for the first time. The effect of delignifying reagent consumption, cooking time and catalyst consumption on the quality parameters of the obtained FSFPs has been established. The conditions and dependencies between the parameters of the processes of extraction of oxidative lignin from spent lyes were determined. Practical significance of the obtained results. The developed technology of obtaining oxidation-organosolvent straw-cellulose allows to reduce the use of wood in Pulp and paper industry; energy costs for the preparation of vegetable raw materials for brewing, at the stages of brewing and milling FSFP and reduce the ecological impact on the environment; partially replace wood pulp with straw FSFP in the composition of mass types of cardboard and paper products. The results of the research are implemented in the educational process when teaching the course of lectures "Chemistry of wood and synthetic polymers", "Technology of cellulose" and "Chemical processing of non-wood plant raw materials", when performing new laboratory works on the course "Research methods of production and processing of fibrous semi and diploma works of students of specialty 161 "Chemical technology and engineering" of the department of ecology and technology of plant polymers National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”. Approbation of the results of the dissertation. The main provisions of the dissertation work were presented and discussed at international conferences: - XX International Scientific and Practical Conference of Students, Aspirants and Young Scientists "Resource-Environmental Technologies and Equipment", Kyiv, 28-29 June 2021; - VI International Medium Conference based on scientific sciences, arts, business and education, Internet technologies and social science "Trends linking trends in scientific development and reflection on the development of Internet cultures in social life", February 23-26, 2021, Stockholm, - Proceedings of the I International Scientific and Practical Conference "Modern research in world science", April 17-19, 2022, Lviv; - The XXI International Scientific and Practical Conference of Students, Aspirants and Young Scientists "Resource and energy saving technologies and equipment", Kyiv, April 27-28, 2022. Publications. According to the results of the dissertation work six scientific works were published, including 4 theses of reports at international conferences, 1 article in a special edition, 1 article in an international scientific journal. |
