Введение к работе
Актуальность темы. В условиях нарастающего экологического кризиса особую важность приобретают усилия, направленные на замену существующихтехнологий более безопасными.
Традиционные сульфатные процессы получения целлюлозы позволяют вырабатывать продукт высокого качества, но при этом образуются дурнопахнущие, токсичные и канцерогенные вещества (меркаптаны, диоксины), представляющие большую опасность для окружающей среды. Необходимость перевода целлюлозно-бумажных предприятий в ранг экологически безопасных стимулирует поиск альтернативных варочных процессов.
Одно из новых направлений создания экологически безвредного процесса получения целлюлозы связано с использованием катализаторов при щелочной варке древесины. Очевидные экологические и экономические выгоды, которые обещает применение катализаторов, заставляют обратить пристальное внимание на химизм новых варочных процессов. Изучение их механизма обеспечивает методическую базу для поиска новых каталитически активных веществ, которые, возможно, окажутся наиболее приемлемыми с практической точки зрения.
Всестороннее изучение проблемы каталитической делигнификации важно не только для разработки научных основ новых технологий, но имеет и самостоятельное теоретическое значение - создание цельной картины деградации лигнина в процессе щелочной каталитической варки древесины.
Работа проведена в рамках темы: "Исследование электрохимических, биохимических и электробиохимических реакций макрокомпонентов древесины" № гос. регистрации 01860109695, а также в рамках подпрограммы 046 "Комплексное использование древесного сырья" федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники".
Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования является разработка научно обоснованного метода получения и применения нового катализатора делигнификации древесины (КД), выяснение влияния окислительно-восстановительных процессов на кинетические и термодинамические параметры делигнификации на макромолекул я рн ом уровне в присутствии катализатора КД, 'изучение структуры и химических превращений ароматической компоненты древесины - лигнина - при щелочной каталитической делигнификации. Для достижения цеди были поставлены следующие задачи:
ЦЕНТРАЛЬНАЯ \
научч- г; С'-^л отека
»Мсск. з -....демии
D разработка нового способа получения и применения катализатора делигнификации древесины КД, изучение влияния технологических факторов на выход и показатели качества целлюлозного полуфабриката;
исследование влияние КД на кинетические и активационные параметры процессов делигнификации и растворения полисахаридов;
О изучение структуры и механизма химических превращений лигнина древесины и изолированных препаратов лигнина при щелочной обработке.
Научная новизна работы. Путем химической модификации элементной серы и аминов (гидразингидрата) в щелочной среде получены амино-содержашие продукты, которые впервые были изучены и использованы в качестве катализатора делигнификации древесины КД при щелочных варках. Изучено влияние КД на выход и показатели качества получаемой целлюлозы. Проведена оценка кинетических и термодинамических параметров процесса делигнификации в присутствии КД. На основании систематических исследований получена новая информация о химических превращениях лигнина з процессе делигнификации с добавкой КД методами УФ-, ИК-, ЯМР 1Н и С спектроскопии.
Практическая значимость работы. Синтезированный катализатор КД по сравнению с используемыми за рубежом катализаторами (антрахннон и его производные), будучи близким по эффективности действия, значительно превосходит зарубежные аналоги по технологичности его получения и применения в производстве полуфабрикатов. Кроме того, он значительно ниже по себестоимости. Применение катализатора позволит повысить селективность процесса варки древесины и получать целлюлозу по выходу и степени делигнификации не уступающей целлюлозе, полученной с добавками известных катализаторов. При этом экологическая чистота процесса получения самого катализатора обеспечивается отсутствием сточных вод и вредных газовых выбросов в атмосферу. Кроме того, этот процесс сам по себе позволяет утилизировать серосодержащие отходы других химических производств.
Апробация работы. Результаты работы были представлены и доложены на Международной конференции "Экотехнология - 96" (Иркутск, 1996 г.); 2 *" Всероссийском совещаний "Лесохимия и органический синтез" (Сыктывкар, 1996 г.); 9 "*- Международном симпозиуме "Химия древесины и получение бумажной массы" (Монреаль, 1997 г.); Международной конференции "Человек. Среда. Вселенная." (Иркутск, 1997 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе получено три положительных решения на выдачу патентов на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической и экспериментальной частей, выводов, библиографии, содержащей 208 наименований работ отечественных и зарубежных авторов, приложения. Работа изложена на 258 страницах машинописного текста, включая 19 рисунков, 22 таблицы.