Ученые Пермского Политеха упростили производство целлюлозы

Целлюлоза служит основой не только для производства бумаги, но и различной химической продукции: вискозного шелка, лаков, красок, пороха. При ее изготовлении сырье необходимо очистить от примесей и отбелить. Ученые Пермского Политеха разработали метод, при котором решить эти задачи можно путем замены импортного хлопкового сырья отечественной древесиной, а отбелку древесной целлюлозы провести с помощью пероксида водорода. Такая технология не только экономичнее, но и экологичнее аналогов. Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».

Статья опубликована в журнале   «Химия растительного сырья» (№3, 2022г.).

Одним из ключевых этапов производства целлюлозы является ее отбелка. На этой стадии сырье обрабатывают химическими веществами, которые меняют белизну целлюлозы настолько, чтобы из нее можно было изготовить бумагу и картон высокого качества. Традиционно для этого продолжают использовать хлор или хлорсодержащие реагенты, однако мировые тенденции технологического развития требуют внедрения экономичных и экологически более безопасных способов обработки целлюлозы. Применив в качестве белящего реагента пероксид водорода в кислой и щелочной средах, ученые Пермского Политеха разработали оригинальную технологию производства целлюлозы. Ее можно использовать как для производства бумаги, так и для дальнейшей химической переработки, например,   с целью получения вискозных тканей или пороха. При этом решается проблема обеспечения технологического суверенитета за счет использования в качестве сырья древесины, а не дорогостоящего импортного хлопка.

Небеленую целлюлозу из древесины для исследований ученые получили в лабораторных условиях методом, разработанным ранее на кафедре «Технологии целлюлозно-бумажного производства» ПНИПУ. Затем полученное волокнистое сырье прошло последовательную обработку пероксидом водорода в щелочной и кислой среде с добавлением катализатора.

— В современных схемах отбелки целлюлозы пероксид водорода часто используется как белящий реагент. Известно также, что его можно использовать как в щелочной, так и в кислой среде. Поэтому мы предположили, что возможно провести весь цикл отбелки целлюлозы с использованием лишь одного окислительного реагента. В отличие от других способов отбелки в этом случае процесс несколько упрощается за счет того, что отбелка проводится при атмосферном давлении, — рассказывает доктор технических наук, профессор, профессор аэрокосмического факультета Фирдавес Хакимова .

Заявленной короткой четырехступенчатой схемы отбелки древесной целлюлозы оказалось достаточно, чтобы получить целлюлозу, пригодную в дальнейшем для изготовления взрывчатых веществ, эмалей, лаков и т.п. Однако она не позволила получить уровень белизны, достаточный для производства вискозы. Поэтому в процесс был добавлен еще один этап обработки целлюлозы   с чередованием щелочной и кислой ступеней, что дало искомые результаты.

Таким образом, ученым удалось получить древесную  целлюлозу разных назначений с использованием всего одного окислительного отбеливающего реагента — пероксида водорода. Полученный продукт соответствует требованиям для пороховой целлюлозы и нормам ГОСТ 59823 на вискозную целлюлозу I сорта. Применение разработанной технологии в промышленных условиях позволит решить проблему импортозамещения в производстве целлюлозы, так как вместо импортного хлопка сырьем выступает древесина.

Для справки:

Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.