Л.В. Юртаева, Ю.Д. Алашкевич, Е.В. Каплёв, В.А. Патраков, Е.Р. Колосова
Скачать
№ 1 (53)
Деревопереработка. Химические технологии
Юртаева Лариса Владимировна – кандидат техн. наук, доцент, доцент кафедры машин и аппаратов промышленных технологий, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева», просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31, г. Красноярск, Российская Федерация, 660037, ORCID: https://orcid.org/0009-0002-6045-3442, e-mail: 2052727@mail.ru.
Алашкевич Юрий Давыдович – академик РАО, доктор техн. наук, профессор кафедры машин и аппаратов промышленных технологий, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева», просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31, г. Красноярск, Российская Федерация, 660037, ORCID: https://orcid.org/https://orcid.org/0009-0005-9894-2630, e-mail: alashkevichud@sibsau.ru.
Каплёв Евгений Вячеславович – аспирант, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева», просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31, г. Красноярск, Российская Федерация, 660037, ORCID: https://orcid.org/0009-0005-0235-7630, e-mail: kaplyov2017@mail.ru.
Патраков Владимир Андреевич – сотрудник студенческого конструкторского бюро «Промышленные технологии», ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева», просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31, г. Красноярск, Российская Федерация, 660037, ORCID: ttps://orcid.org/0009-0003-4673-0367, e-mail: Patrakov_vo03@mail.ru.
Колосова Ева Романовна – сотрудник студенческого конструкторского бюро «Промышленные технологии», ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева», просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31, г. Красноярск, Российская Федерация, 660037, ORCID: https://orcid.org/0009-0004-6863-7822, e-mail: eva.kolosova@mail.ru.
Способность размалывающего оборудования при производстве микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) разделять растительные полимеры на волокна, измельчать и развивать у них определенные свойства можно использовать в случае невозможности минимизировать концентрацию кислоты. Для получения микрокристаллической целлюлозы использовались образцы (N = 6) сухостойной древесины Picea abies (L.) H.KARST., Larix sibirica LEDEB., Populus tremula L. Варка образцов проводилась в лабораторном автоклаве, предгидролизный размол – в центробежном размалывающем аппарате при концентрации волокнистой массы 6 % и варьировании степени помола от 15 до 85 градусов Шоппер Риглера (°ШР). Химическая обработка образцов целлюлозы при разной степени помола проводилась при варьировании температуры гидролиза от 80 до 100 °С, концентрации соляной кислоты от 54.75 до 91.25 г/л, времени гидролитической деструкции от 60 до 120 мин. Зависимости степени полимеризации (R2 = 0.93) и степени кристалличности (R2 = 0.99) от этих факторов аппроксимированы уравнениями регрессии второго порядка и визуализированы в виде трехмерных поверхностей отклика. Оптимальные значения переменных факторов гидролиза: концентрация соляной кислоты – 54.75 г/л, время гидролитической деструкции – 60 мин, температура гидролиза – 80 °С, степень помола – 85 °ШР. Наибольшее влияние на количественные значения степени полимеризации и степени кристалличности оказывает степень помола волокнистой массы, наименьшее – температура гидролиза. С увеличением степени помола значительное, в 2,7 раза, снижение степени полимеризации происходит у образцов МКЦ из древесины P. abies и P. tremula. Увеличение показателей степени кристалличности (17%) и насыпной плотности (20 %) в большей степени наблюдается у образцов МКЦ из древесины P. abies и L. sibirica. Использование предгидролизного размола целлюлозы в процессе получения МКЦ позволяет сократить расходы на проведение химической обработки в 1,7 раза.
микрокристаллическая целлюлоза, Picea abies (L.) H.KARST., Larix sibirica LEDEB., Populus tremula L., предгидролизный размол, степень полимеризации, степень кристалличности
Роль предгидролизного размола при получении микрокристаллической целлюлозы: на примере образцов биоповрежденной древесины Picea abies, Larix sibirica и Populus tremula / Л. В. Юртаева, Ю. Д. Алашкевич, Е. В. Каплёв, В. А. Патраков, Е. Р. Колосова // Лесотехнический журнал. – 2023. – Т. 14. – № 1 (53). – С. 203–218. – Библиогр.: с. 212–217 (33 назв.). – DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2024.1/12.
1. Биоразлагаемые материалы на основе растительных полисахаридов для упаковки пищевых продуктов. Часть 1 / И. Ю. Потороко, А. В. Малинин, А. В. Цатуров, Удей Багале // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2020; № 2: С. 21-28. – DOI: http://doi.org/10.14529/food200203. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42951866.
2. Вшивков, С. А. Реологические свойства жидкокристаллических растворов производных целлюлозы / С. А. Вшивков, Е. В. Русинова, А. С. А. Салех // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2021; № 4: С. 243-248. – DOI 10.31857/S2308112021040088. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=45795102.
3. Tan W. Y., Gopinath S. C. B., Anbu P., Velusamy P., Gunny A. A. N., Chen Y., Subramaniam S. Generation of microcrystalline cellulose from cotton waste and its properties // BioResources. 2023; 8(3): 4884-4896. DOI: http://doi.org/10.15376/biores.18.3.4884-4896.
4. García Hernández M. A., Marure A. L., Neira Velázquez M. G., Mariano Torres J. A., Galvan A. A. Microcrystalline cellulose isolation – Proposed mechanism: Enhanced coupling // BioResources. 2023; 18(1): 1788-1802. DOI: http://doi.org/0.15376/biores.18.1.1788-1802.
5. Мартакова, Ю. В. Гидрогели на основе растительных целлюлоз и их композиты с наночастицами серебра : дис. ... канд. хим. наук : 02.00.06 / Мартакова Юлия Владимировна. – Ин-т высокомолекуляр. соединений. - Сыктывкар, 2018. - 153 с. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54451226.
6. Момзякова, К. С. Совершенствование технологии получения целлюлозы из травянистых растений : дис. … канд. техн. наук: 05.17.06 / Момзякова Ксения Сергеевна. – Казань, 2021. – 150 с. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54419808.
7. Влияние ножевого способа размола волокнистой массы на процесс получения порошковой целлюлозы / Ю. Д. Алашкевич, Л. В. Юртаева, Н. С. Решетова, Р. А. Марченко // Химия растительного сырья. 2020; № 4: С. 493-499. – DOI: http://doi.org/10.14258/jcprm.2020048121. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/vmyzac.
8. Переработка поврежденной древесины как фактор рационального использования природных ресурсов / Е. Р. Колосова, В. А. Патраков, Е. В. Каплев, Д. С. Таразеев // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки : сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (с Международным участием), Красноярск, 21–22 апреля 2022 года. – Красноярск: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева", 2022; 194-196. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49759509.
9. Малова, А. С. Использование порошковых целлюлозных материалов в производстве бумаги и картона / А. С. Малова, В. Н. Сунайт // Современная целлюлозно-бумажная промышленность. Актуальные задачи и перспективные решения : Материалы II Международной научно-технической конференции молодых учёных и специалистов ЦБП, Санкт-Петербург, 23 ноября 2020 года. Том I. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, 2020; 46-51. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46185815.
10. Queiroz A. L. P., Kerins B. M., Yadav J. et al. Investigating microcrystalline cellulose crystallinity using Raman spectroscopy. Cellulose. 2021; № 28: 8971–8985. https://doi.org/10.1007/s10570-021-04093-1.
11. Hermawan, D., Lai, T. K., Jafarzadeh, S. J., Gopakumar, D. A., Hasan, M., Owolabi, F. A. T., Sri Aprilia, N. A., Rizal, S., and Abdul Khalil, H. P. S. Development of seaweed-based bamboo microcrystalline cellulose films intended for sustainable food packaging applications. BioRes. 2019; 14 (2): 3389-3410. DOI: http://doi.org/10.15376/biores.14.2.3389-3410.
12. Hou, W., Ling, C., Shi, S., and Yan, Z. Preparation and characterization of microcrystalline cellulose from waste cotton fabrics by using phosphotungstic acid // Int. J. Biol. Macromol. 2019; № 123: 363-368. DOI: http://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.11.112.
13. Kale, R. D., Bansal, P. S., and Gorade, V. G. Extraction of microcrystalline cellulose from cotton sliver and its comparison with commercial microcrystalline cellulose, J. Polym. Environ. 2018; № 26: 355-364. DOI: http://doi.org/10.1007/S10924-017-0936-2.
14. Болтовский, В. С. Способы получения микрокристаллической целлюлозы / В. С. Болтовский // Труды БГТУ. Серия 2: Химические технологии, биотехнология, геоэкология. 2021; № 1(241): С. 40-50. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44888935.
15. Топтунов, Е. А., Севастьянова, Ю. В. Порошковые целлюлозные материалы: обзор, классификация, характеристики и области применения // Химия растительного сырья. 2021; № 4: С. 31-45. DOI: http://doi.org/10.14258/jcprm.2021049186. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47446186.
16. Vanhatalo, K. A new manufacturing process for microcrystalline cellulose (MCC): A doctoral dissertation for the degree of Doctor of Science (Technology). Helsinki, 2019. 73 p. DOI: http://doi.org/10.1134/S1070427209030276.
17. Barud, H, Silva R, Barud H, Tercjak A, Guttierez J, Lustri W, et al. A multipurpose natural and renewable polymer in medical applications: Bacterial cellulose. Carbohydrate Polymers. 2018; № 153: 406-420. DOI: http://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.07.059.
18. Ilyas, R.A., Sapuan S.M., Ishak M.R., Zainudin E.S., Atikah M.S. Characterization of sugar palm nanocellulose and its potential for reinforcement with a starch-based composite. In: Sugar Palm Biofibers, Biopolymers, and Biocomposites. 1st ed. Boca Raton, FL: CRC Press/Taylor & Francis Group; 2018; №1: pp. 189-220. DOI: http://doi.org/10.1201/9780429443923-10.
19. Делигнификация растительного сырья под воздействием микроволнового излучения. Ик-спектры и индексы упорядоченности целлюлозы / Е. Ю. Кушнир, А. Г. Шахова, Н. Г. Базарнова [и др.] // Химия растительного сырья. 2020; № 4: С. 101-107. – DOI: http://doi.org/10.14258/jcprm.2020048962. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44529529.
20. Получение микрокристаллической целлюлозы из древесины осины под воздействием микроволнового излучения / Т. С. Геньш, Е. Ю. Кушнир, П. В. Колосов, К. В. Геньш // Мой выбор - наука! : сборник материалов VI Региональной молодежной конференции, XLVI научной конференции студентов, магистрантов, аспирантов и учащихся лицейных классов, Барнаул, 17–27 апреля 2019 года. – Барнаул: Алтайский государственный университет. 2020; С. 1256-1261. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43841476.
21. Получение гидролизованной целлюлозы из древесины осины и сосны под воздействием микроволнового излучения / Е. Ю. Кушнир, Н. Г. Базарнова, Т. С. Геньш, К. В. Геньш // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья : Матер. VIII Всерос. конференции с международным участием, Барнаул, 05–09 октября 2020 года / под ред. Н. Г. Базарновой, В. И. Маркина. – Барнаул: Алтайский государственный университет. 2020; С. 43-45. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44188333.
22. Сравнительные исследования физико-химических свойств и структуры хлопковой целлюлозы и ее модифицированных форм / А. А. Атаханов, Б. Мамадиеров, М. Кузиева [и др.] // Химия растительного сырья. 2019; № 3: С. 5-13. – DOI: http://doi.org/10.14258/jcprm.2019034554. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41311613.
23. Патент № 2804640 C2 Российская Федерация, МПК C08B 15/02. Способ непрерывного получения микрокристаллической целлюлозы : № 2022106827 : заявл. 15.03.2022 : опубл. 03.10.2023 / А. И. Сизов, А. А. Добровольский, А. В. Мухамедшин, С. Д. Пименов ; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "Кристацел". – 7 с. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54674742.
24. Получение порошковой микрокристаллической целлюлозы из древесной целлюлозы и исследование ее свойств / О. А. Носкова, Ф. Х. Хакимова, Р. Р. Хакимов, Е. А. Катаев // Наука и технологии: модернизация, инновации, прогресс : Сборник научных трудов по материалам X Международной научно-практической конференции, Анапа, 27 декабря 2022 года. – Анапа: Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский центр экономических и социальных процессов» в Южном Федеральном округе. 2022; С. 62-67. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50338313.
25. Каплев, Е. В. Способы получения порошковых целлюлозных материалов / Е. В. Каплев, Л. В. Юртаева // Состояние окружающей среды, проблемы экологии и пути их решения : Материалы Всероссийской научно-практической конференции, Усть-Илимск, 20–21 декабря 2021 года. – Иркутск: Байкальский государственный университет. 2022; с. 79-85. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48215448.
26. Влияние ножевого и безножевого способов размола на волокнистый материал / А. В. Гончаров, О. Н. Федорова, Р. А. Марченко, Ю. Д. Алашкевич // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения : Сборник матер. по итогам Всерос. науч.-практ. конференции, Красноярск, 02–04 сентября 2019 года. – Красноярск, 2019. – С. 315-317. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41219738.
27. Марченко, Р. А. Безножевая обработка вторичного волокнистого сырья в ЦБП / Р. А. Марченко, В. И. Шуркина, А. А. Муравицкая // Решетневские чтения : Материалы XXIII Международной научно-практической конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева. В 2-х частях, Красноярск, 11–15 ноября 2019 года / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова. Ч. 2. – Красноярск, 2019. – С. 98-99. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41824511.
28. Получение аналитической зависимости прочностных свойств бумаги от бумагообразующих показателей волокнистой массы / Л. В. Юртаева, Н. С. Решетова, Ю. Д. Алашкевич [и др.] // Химия растительного сырья. 2020; № 4: с. 501-509. – DOI: http://doi.org/10.14258/jcprm.2020048583. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44529573.
29. Каплев, Е. В. Влияние режима размола на физико-механические свойства сульфатной беленой целлюлозы / Е. В. Каплев, Л. В. Юртаева, Ю. Д. Алашкевич // Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов : Матер. V Междунар. науч.-техн. конференции, посвященной памяти профессора В.И. Комарова, Архангельск, 11–14 сентября 2019 года. – Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова. 2019; с. 87-92. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42408660.
30. Размол лиственной целлюлозы с использованием гарнитуры с криволинейной формой ножей / Е. М. Батракевич, В. И. Шуркина, Р. А. Марченко, Н. Е. Шумарина // Решетневские чтения : Материалы XXV Международной научно-практической конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева. В 2-х частях, Красноярск, 10–12 ноября 2021 года / Под общей редакцией Ю.Ю. Логинова. Ч. 2. – Красноярск, 2021. – С. 88-89. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47712294.
31. Воронин, И. А. Механизм размола на ножевом центробежно-размалывающем аппарате / И. А. Воронин, Ю. Д. Алашкевич, В. А. Кожухов // Химия растительного сырья. 2020; № 4: С. 485-492. – DOI: http://doi.org/10.14258/jcprm.2020048164. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44529571.
32. Влияние размола однолетних растительных полимеров на процесс получения мелкодисперсной целлюлозы / Л. В. Юртаева, Ю. Д. Алашкевич, Е. В. Каплев, Е. А. Слизикова // Хвойные бореальной зоны. 2023; № 4: 361-368. – DOI: http://doi.org/10.53374/1993-0135-2023-4-361-368. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54398267.
33. Патент № 2803626 C1 Российская Федерация, МПК D21C 1/04. Способ получения микрокристаллической целлюлозы : № 2023103933 : заявл. 20.02.2023 : опубл. 18.09.2023 / Ю. Д. Алашкевич, В. И. Ковалев, Л. В. Юртаева, Е. В. Каплёв, Е. А. Слизикова; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва". – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54659924.