Изучение процесса получения целлюлозы из стеблей различных однолетних бахчевых культур

Studying the process of obtainig cellulose from the stems of various annual gourds
Цитировать:
Норматов Г.А., Примкулов М.Т. Изучение процесса получения целлюлозы из стеблей различных однолетних бахчевых культур // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2018. № 11 (56). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6593 (дата обращения: 21.01.2022).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье представлены стебли сельдерея и микрокристаллическая целлюлоза, полученная из семян дыни, помидоров, болгарского перца, тыквы, огурца, арбуза. Основной корпус плит отделяли (3-5 мм до 0,14-0,16 г/см3) и измельчали со скоростью в дополнительном лабораторном смесителе. Перед удалением целлюлозной фракции твердые вещества были легкорастворимы. Образцы затем экстрагировали в воде, а затем при температуре от 98 до 1050° С в 13% -ном растворе.

ABSTRACT

The article presents celery and microcrystalline cellulose obtained from melon seeds: tomatoes, bell pepper, pumpkin, cucumber, melon, watermelon. The main body of the plates is separated and crushed at a speed of 3-5 mm and crushed to 0.14-0.16 g / cm 3 in an additional laboratory mixer.

Before removing the cellulose fraction, the solids were easily and soluble. The samples were then extracted in water and then extracted at a temperature of from 98 to 1050 ° C with a 13% solution.

 

Ключевые слова: целлюлоза, бахчевые культуры, стебли, экстракт, влажность.

Keywords: cellulose, melon culture of stalks, extract, moisture.

 

В народном хозяйстве Республики Узбекистан целлюлозно-бумажное производство имеет важное значение. Обретение страной независимости послужило основой для развития многочисленных производственных отраслей, в том числе и целлюлозно-бумажной промышленности [1; 3].

В современных условиях интенсификации производства, когда потребность в различных сырьевых материалах возрастает, некоторые виды ценного целлюлозосодержащего сырья, в том числе стебли однолетних растений, до настоящего времени не находят своего рационального применения. Республика Узбекистан испытывает острый дефицит в древесной целлюлозе, бумаге, картоне и вынуждена затрачивать значительные валютные средства на их импорт.

Одними из ценных природных богатств Республики Узбекистан являются ежегодно возобновляющиеся растительные ресурсы с неограниченными возможностями удовлетворения растущей потребности целлюлозно-бумажной промышленности. Решение проблемы обеспечения целлюлозно-бумажной промышленности отечест­венным целлюлозосодержащим сырьем является важной научной и практической задачей [2; 3].

Исследования выполнялись в соответствии с планом прикладного проекта молодых ученых Наманганского инженерно-технологического инсти­тута МУ-ПЗ-20171025237 – «Разработка технологии получения целлюлозы различного назначения из бахчевых культур».

В работе в качестве объекта исследований использованы различные целлюлозосодержащие отходы однолетних бахчевых культур – стебли тыквы, огурцов, арахиса и арбуза. В начале исследований изучен процесс выделения целлюлозы из стеблей бахчевых культур и ее основные физико-химические характеристики.

Процесс получения целлюлозы на основе отходов растительного сырья проводился по следующей методике. Стебли растений первона­чально отделяли от примесей листьев, мелких веток и высушивали до влажности 6-8%. С целью ускорения технологического процесса выделения целлюлозы стебли вначале укорачивали до размеров волокон 5-8 мм и далее измельчали в лабораторном дезинтеграторе до достижения плотности 0,184 г/см3. Процесс отделения нецеллюлозных полисахаридов, гемицеллюлозы и лигнина из стеблей растений бахчевых культур заключался в следующем. Для удаления полисахаридов стебли первоначально обрабатывали водой при температуре 100-110оС в автоклаве, снабженном нагревающим и переме­шивающим устройством. В этих же условиях с целью извлечения гемицеллюлозы и лигнина стебли растений обрабатывали 7-10% раствором NaOH при жидкостном модуле 1:20. Степень полного удаления из стеблей нецеллюлозных веществ контролировали путем изучения оптических показателей экстракта в процессе экстракции: оптического коэффициента, τ= и оптической плотности, D = 2 – logτ. Оптические исследования проведены с помощью фотоэлектроколориметра КФК-2 (длина волны
λ=590 нм, чувствительность – 2). Полученные результаты показали, что с возрастанием количества веществ в экстракте, выделяемом из стеблей, изменяются также и его оптические показатели. Известно, что, если в процессе обработки оптические показатели раствора не изменяются, это свидетельствует о полном удалении нецеллюлозных веществ из стеблей растений.

Вещества, которые отделяются в результате обработки водой, называют легкорастворимыми веществами, а вещества, которые трудно отделяются при обработке раствором щелочи, относят к трудновыделяемым веществам. Стебли всех однолетних растений были подвергнуты обработке одинаковым способом. В работе изучена кинетика процесса извлечения нецеллюлозных веществ из стеблей тыквы (рис. 1).

 

Рисунок 1. Зависимость изменения оптической плотности (1) и оптического коэффициента (2) экстракта из стеблей тыквы от продолжительности процесса кипячения в воде (t)

 

Из рисунка видно, что в начале процесса скорость извлечения нецеллюлозных примесей из стеблей растений резко возрастает, однако затем (примерно через 30-45 мин.) замедляется и в дальнейшем практически не меняется. Это свидетельствует о полном удалении из состава стеблей легко растворимых в воде углеводов – маннозы, глюкозы и фруктозы.

Сделан вывод, что для полного удаления легкорастворимых веществ достаточно кипячение в течение 90 мин. В табл. 1 приведены результаты определения продолжительности процесса удаления из стеблей различных однолетних бахчевых культур легко растворимых в воде веществ и оптические показатели полученныхэкстрактов (рис. 2).

 

Рисунок 2. Эксперимент по удалению легко растворимых веществ

 

Таблица 1.

Продолжительность процесса отделения легко растворимых в воде веществ из стеблей различных растений и оптические показатели экстракта

Стебли растений

Продолжительность процесса выделения растворимых в воде веществ, t, мин.

Оптический

коэффициент, τ

Оптическая плотность,

D = 2 – logτ

тыква

90

0,02

1,3

огурцы

90

0,01

1,6

арахис

120

0,01

1,8

арбуз

90

0,02

1,7

 

Для извлечения из стеблей водорастворимых веществ необходимо их кипячение при 105-110оС в течение 90-120 мин. Исследования показали, что оптический коэффициент экстракта из стеблей тыквы (D=1,7) вдвое превышает аналогичные показатели экстрактов из стеблей арахиса и арбуза. Приведены результаты определения длительности процесса извлечения из стеблей растений веществ, растворимых в NaOH, и оптические показатели выделенных экстрактов (табл. 2).

Таблица 2.

Продолжительность процесса отделения продуктов, растворимых в растворе щелочи, и оптические показатели экстракта

Стебли растений

Продолжительность процесса выделения растворимых в NaOH веществ, t, мин.

Оптический

коэффициент, τ

Оптическая плотность,

D = 2 – logτ

тыква

144

0,03

1,4

огурцы

150

0,08

1,6

арахис

72

0,02

1,3

арбуз

60

0,01

1,1

 

Таким образом, впервые исследован процесс получения целлюлозы из стеблей различных однолетних бахчевых культур, кинетика процесса извлечения из них нецеллюлозных примесей и оптические показатели выделенных экстрактивных веществ. В дальнейших исследованиях предпо­лагается определить физико-химический состав полученной целлюлозы и изучить возможности ее дальнейшего использования в качестве дополнительного целлюлозосодержащего сырья для целлюлозно-бумажной промышленности Республики Узбекистан.

 

Список литературы:
1. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. – М.: Экология, 1991. 165-168– С.
2. Серков А.Т., Серкова Л.А. Определение набухания волокна в воде // Хим. волокна. – 1974. – № 5. – С. 70-71.
3. Primqulov M.T., Rahmonbtrdiev G`., Murodov M.M., Mirataev A.A. Tarkibida sellyuloza saqlovchi xom ashyoni qayta ishlash texnologiyasi. O`zbekiston faylasuflar milliy jamiyati nashriyati. Toshkent, 2014. Р. 28-29 С.

 

Информация об авторах

ассистент, Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, Наманганская область, г. Наманган

assistant, Namangan engineering technology institute, Uzbekistan, Namangan Region, Namangan

д-р техн. наук, Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of technical Sciences, Tashkent chemistry technology institute, Uzbekistan, Tashkent city

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top