اختراق جديد في استخراج السليلوز الجوت: تحليل عملية مفاعل حمض الكبريتيك

كألياف نباتية طبيعية ، تتمتع ألياف الجوت بالعديد من المزايا مثل العائد المرتفع والأسعار المنخفضة والخصائص الميكانيكية الممتازة. يستخدم على نطاق واسع في الزخرفة والتعبئة والتغليف والمنسوجات والمجالات الطبية وغيرها. ومع ذلك ، بالإضافة إلى السليلوز ، تحتوي ألياف الجوت أيضًا على شوائب مثل هيميسيلولوز ، اللجنين ، والبتكتين. إن وجود هذه الشوائب يحد من تطبيق ألياف الجوت في الحقول الراقية. لذلك ، أصبح الاستخراج الفعال للسليلوز الجوت هو المفتاح لزيادة القيمة المضافة لألياف الجوت. في الوقت الحاضر ، تعتبر الطرق الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية طرقًا شائعة لإعداد السليلوز ، لكن لديهم جميعًا عيوب مثل عملية التحضير الطويلة ، والعديد من خطوات التجفيف ، واستهلاك الطاقة العالية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التركيزات العالية للحمض والقلوي لها تأثير كبير على درجة البلمرة وهيكل السليلوز في ظل ظروف درجة الحرارة العالية ، مما يؤثر على أداء تطبيق السليلوز. على هذه الخلفية ، ظهرت عملية مفاعل حمض الكبريتيك ، مما جعل اختراقات جديدة في استخراج السليلوز الجوت.

المبدأ الأساسي لطريقة حمض الكبريتيك لاستخراج السليلوز هو تحلل ألياف الجوت مع حمض الكبريتيك لإزالة المنطقة غير البلورية في بنية السليلوز ، وبالتالي الحصول على السليلوز مع بلورة عالية. لا يمكن أن يؤدي التحلل المائي لحمض الكبريتيك إلى تحلل المنطقة غير البلورية من السليلوز ، ولكن أيضًا إدخال مجموعات نصف السليل المشحونة على سطح السليلوز ، مما يساعد على تحسين تشتت واستقرار السليلوز.

(ط) طرق الاستخراج التقليدية
في الوقت الحاضر ، تستخدم الألياف الجوت تقليديًا في مجموعة واسعة من الحقول ، وتشمل طرق الاستخراج بشكل أساسي الطريقة الكيميائية أو الطريقة الفيزيائية أو الطريقة البيولوجية أو مجموعة من عدة طرق. على سبيل المثال ، فإن عملية إنتاج السليلوز الجوت عن طريق الطريقة الكيميائية التقليدية هي المعالجة الألياف - ارتفاع درجة الحرارة الغليان القلوية - المعالجة الكلوريت الصوديوم - المعالجة القلوية - غسل المياه - السليلوز.
(2) القيود
الأساليب التقليدية لها العديد من العيوب. عملية التحضير طويلة وتتضمن خطوات متعددة ، مما يجعل عملية الاستخراج بأكملها تستغرق وقتًا طويلاً ؛ هناك العديد من خطوات التجفيف ، مما يزيد من استهلاك الطاقة ؛ استهلاك الطاقة مرتفع ، واستخدام حمض التركيز العالي والقلويات في ظل ظروف درجات الحرارة العالية ليس له متطلبات عالية على المعدات فحسب ، بل له أيضًا تأثير كبير على درجة البلمرة وهيكل السليلوز ، مما يؤثر على أداء تطبيق السليلوز.

(ط) تدفق العملية
1. المعالجة:
• سحق ألياف الجوت إلى حجم جسيم مناسب (مثل 0. غربال 180 مم) للمعالجة اللاحقة. • استخدم الماء أو المذيبات الأخرى لإزالة المكونات القابلة للذوبان في الماء في ألياف الجوت.
2. استخراج السليلوز:
• ضع مسحوق ألياف الجوت المعالجة في مفاعل وأضف محلول حمض الكبريتيك (مثل حمض الكبريتيك 2 ٪ {1}} ٪).
• تتفاعل في درجة حرارة معينة (مثل 40 درجة) والوقت (مثل ساعة واحدة) ، والتأكد من أن التفاعل يتم تنفيذه بالكامل من خلال جهاز ارتداد التكثيف.
• بعد اكتمال التفاعل ، اغسل البقايا بكمية كبيرة من الماء عدة مرات حتى تصبح محايدة.
3. التنقية:
• اغسل السليلوز المستخرج بكمية كبيرة من الماء عدة مرات حتى يصبح محايدًا لإزالة الحمض المتبقي والشوائب.
• الحصول على السليلوز النقي عن طريق الترشيح والتجفيف (مثل التجفيف في 60 درجة).

(2) المعلمات الرئيسية
• درجة الحرارة: يتم التحكم في درجة حرارة معالجة الحمض عند درجة 50 درجة -60. درجة الحرارة لها تأثير مهم على معدل التفاعل وتأثير إزالة الشوائب. قد تسبب درجة الحرارة المرتفعة للغاية تدهور السليلوز ، في حين أن درجة الحرارة المنخفضة للغاية سوف تبطئ معدل التفاعل.
• الوقت: وقت عزل المعالجة الحمضية هو 45 دقيقة -90 دقيقة. إذا كان الوقت قصيرًا جدًا ، فلن تتم إزالة الشوائب بدقة ؛ إذا كان الوقت طويلًا جدًا ، فقد يتأثر أداء السليلوز.
• نسبة الحمام: نسبة الحمام عمومًا 1: 10-1: 20. يمكن أن تضمن نسبة الحمام المناسبة أن تكون ألياف الجوت على اتصال تمامًا بسائل العلاج وتحسين تأثير العلاج.
• جرعة حمض الكبريتيك: يتم تحديد جرعة حمض الكبريتيك وفقًا لمتطلبات العملية ، عمومًا 6G/L -8 g/L. ستعمل جرعة حمض الكبريتيك المفرطة على زيادة التكاليف وقد تتسبب في تآكل المعدات ؛ القليل جدا من جرعة حمض الكبريتيك سوف تؤدي إلى ضعف إزالة الشوائب.

(ط) تدفق العملية القصير
مقارنة بالطرق التقليدية ، يكون تدفق عملية مفاعل حمض الكبريتيك أبسط ويقلل من الخطوات غير الضرورية ، وبالتالي تقصير وقت التحضير وتحسين كفاءة الإنتاج.
(2) انخفاض استهلاك الطاقة
تحتوي العملية على عدد أقل من خطوات التجفيف ، ويتم تشغيل جميع العمليات تحت الضغط العادي ، مما يقلل من استهلاك الطاقة. في الوقت نفسه ، يتم استخدام إضافات صديقة للبيئة ، وكمية الإضافات الكيميائية صغيرة ، مما يقلل من تكاليف الإنتاج.
(3) معدل إزالة الشوائب العالي
بعد علاجها من خلال عملية مفاعل حمض الكبريتيك ، يكون تأثير إزالة الشوائب في ألياف الجوت جيدًا ، خاصة أن تأثير إزالة اللجنين والهيميسيلولوز كبير. على سبيل المثال ، بعد العلاج المشترك الكيميائي البيولوجي ، تم تخفيض محتوى الهيميسيلوز في ألياف الجوت من 10.21 ٪ إلى 5.35 ٪ ، بانخفاض قدره 47.6 ٪ ؛ تم تخفيض محتوى اللجنين من 8.25 ٪ إلى 7.43 ٪ ، بانخفاض قدره 9.66 ٪ ، وبالتالي زيادة محتوى السليلوز في الألياف الجوت بنسبة 8.39 ٪.
(4) لا ضرر لهيكل السليلوز والأداء
يحتوي السليلوز الناتج عن هذه العملية على محتوى عالي من الكيلولوز ولا يضر ببنية السليلوز والأداء ، وبالتالي ضمان جودة وتطبيق السليلوز.

حققت عملية مفاعل حمض الكبريتيك اختراقات جديدة في مجال استخراج السليلوز الجوت ، مع مزايا كبيرة مثل تدفق العملية القصير ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، ومعدل إزالة الشوائب العالي ، وعدم الضرر لهيكل السليلوز والأداء. بالمقارنة مع العمليات التقليدية ، يمكن لهذه العملية أن تستخرج السليلوز الجوت بشكل أكثر كفاءة ، وتقلل من تكاليف الإنتاج ، وتحسين جودة المنتج ، ولها آفاق تطبيق واسعة.
في المستقبل ، مع التطوير المستمر والابتكار في التكنولوجيا ، من المتوقع أن يتم تحسين عملية مفاعل حمض الكبريتيك وتحسينها. على سبيل المثال ، يمكن دراسة هياكل المفاعل الأكثر كفاءة وظروف التشغيل لتحسين كفاءة التفاعل وتأثيرات إزالة الشوائب ؛ يمكن تطوير المستحضرات الحيوية الجديدة لزيادة تكاليف الإنتاج ؛ ومعالجة النفايات وإعادة التدوير في هذه العملية يمكن تعزيزها لتحقيق الإنتاج الأخضر. من المعتقد أنه في المستقبل القريب ، سيتم استخدام عملية مفاعل حمض الكبريتيك على نطاق أوسع في صناعة الألياف الجوت ، مما يعزز تطوير صناعة الألياف الجوتية نحو الاتجاهات الراقية والخضراء.