Введение к работе
Актуальность темы. Известно, что структура и свойства лигнинных макромолекул изменяются в технологическом процессе производства целлюлозы, и что полученные "лигнинные компоненты" в промышленных стоках сульфат-целлюлозного производства являются основными трудноокисляе-мыми органическими соединениями. Вместе с тем, лигнин относится к полифункциональным разветвленным растительным полимерам, способным к окислительно-восстановительным превращениям, и изменяющим свою реакционную способность в результате редокс-взаимодействий. Несмотря на многочисленные и многолетние исследования физико-химических свойств, строения и реакционной способности модельных соединений структурного звена лигнина, малоизмененных и технических лигнинов, до настоящего времени не определен универсальный показатель, характеризующий редокс-состояние лигнинных макромолекул и его изменение, протекающее как в технологических процессах, так и в процессе очистки сточных вод (СВ).
Развитие теоретических основ метода косвенной оксредметрии применительно к химии древесины позволяет определить основной физико-химический параметр редокс-состояния полимера - "эффективный потенциал" (фо2 )) который, как показывают исследования, является функцией строения органического соединения и характеризует доступность реакционного центра (фенольной гидроксильной группы). Данный вывод был сделан на основе исследования реакционной способности модельных соединений структурного звена лигнина. Однако, до настоящего времени не снята проблема, связанная с переносом экспериментальных данных, полученных при исследовании модельных соединений структурного звена лигнина, на лиг-нинную макромолекулу.
Основным направлением исследований, представленных в данной диссертационной работе, является характеристика редокс-свойств лигнинных макромолекул с учетом изменения функциональной природы и макромоле-кулярных свойств полимера.
Диссертация выполнена при финансовой поддержке администрации Архангельской области и РФФИ (код проекта № 02-03-97502 р2002 север_а) "Влияние природы растворителя на макромолекулярные свойства и реакционную способность лигнинных полимеров" (2002 -2004гг.).
Цель и задачи исследования. Целью данной диссертационной работы является исследование влияния макромолекулярных свойств на редокс-свойства хвойных лигнинов.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
РОС I'V ' '>Ч<ШЬНЛЯ
Б" і ТЬКА
С зч>»ург
zoop>
-
Определить критерии реакционной способности в редокс-взаимодействиях хвойных лигнинных макромолекул. Разработать алгоритм расчета "эффективного" потенциала (ф02) для оценки редокс-свойств лигнина.
-
Определить характер взаимосвязи между среднемассовой молекулярной массой (Mw) и константой кислотности (рКа) лигнина.
-
Провести сравнительный анализ изменения редокс-свойств лигнинных компонентов в процессе технологической обработки, например при биологической очистке сточных вод.
Научная новизна. Определено, что на реакционную способность лигнина оказывают влияние не только функциональная природа образца, но и мак-ромолекулярные свойства. Проанализирована связь между Mw и величиной рКа на примере лигнина Бъеркмана (ЛМРС). Установлено, что повышенной кислотностью обладают высокомолекулярные фракции ЛМРС, и что величина рКа линейно зависит от молекулярной массы лигнинной макромолекулы. Показано, что ф02 для лигнинных макромолекул является интегральным показателем их реакционной способности в редокс-взаимодействиях.
Установлено, что в качестве критериев реакционной способности для лигнина и лигнинных компонентов реальных технологических сред можно использовать величину ф02 и время достижения псевдоравновесного состояния (тпр)- Определено, что высокомолекулярные фракции технических лиг-нинов (сульфатного хвойного лигнина - СФЛ) характеризуются практически постоянной и отличной от низкомолекулярных фракций реакционной способностью. Показано, что фракции СФЛ обладают повышенной реакционной способностью в редокс-взаимодействиях по сравнению с малоизмененными препаратами (ЛМРС). Показано, что величина ф02* косвенно характеризует изменение редокс-состояния лигнинных макромолекул в процессах делигни-фикации древесины и целлюлозы, а также в процессе очистки СВ.
Практическая ценность. Результаты данной работы являются научной основой для создания и разработки способов контроля редокс-свойств и содержания лигнинных компонентов, входящих в состав промышленных стоков сульфат-целлюлозного производства.
Апробация работы. Основные положения и полученные результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на международной конференции "12 th International Symposium on Wood and Pulping Chemistry" (Madison, 2003 г.); на Всероссийских конференциях "Химия и технология растительных веществ" в г.Сыктывкаре, 2000 г., и в г.Саратове, 2004 г.; а также на ежегодных научно-технических конференциях Архангельского государственного технического университета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает в себя: введение; обзор литературы; методическую часть; экспериментальную часть, состоящую из 3 разделов; выводы; приложения и список литературы. Содержание работы изложено на 159 страницах, включая 50 рисунков и 65 таблиц; приложение включает 13 рисунков; библиография содержит 153 наименования.
