Исследование методов активации беленой сульфатной лиственной целлюлозы для повышения ее реакционной способности

УДК

DOI:

Аннотация

Для эффективного проведения процессов химической переработки и достижения высоких показателей качества вискозная целлюлоза должна иметь низкое содержание гемицеллюлоз и низкомолекулярных фракций целлюлозы. Для получения такого продукта используют специальные режимы варки и отбелки. Предложено вырабатывать вискозную целлюлозу из сульфатной лиственной целлюлозы, полученной по обычному режиму варки с проведением обработок щелочью и ферментами. Преимуществом новой технологии является более высокий выход целевого продукта.

Сведения об авторах

Д.Н. Пошина, химик-эксперт
П.В. Поротова , асп.
К.Ю. Терентьев , асп.
Д.Г. Чухчин , канд. техн. наук, доц.
Л.А. Миловидова , канд. техн. наук, доц., вед. науч. сотр.
Е.В. Новожилов , д-р техн. наук, проф.

Санитарно-гигиеническая лаборатория ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии
в Архангельской области», пр. Троицкий, 164, корп. 1, г. Архангельск, Россия, 163001
E-mail: poschin@yandex.ru
Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова,
наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002
E-mail: e.novozhilov@narfu.ru

Ключевые слова

Литература

1. Аким Г.Л., Белодубровский Г.Б., Буров А.В. Технология целлюлозно-бумажного производства. Т. 1. Сырье и производство полуфабрикатов. Ч. 2. Произ-водство полуфабрикатов. СПб.: Политехника, 2003. 633 с.

2. Гехмайер В., Шилд Г., Сикста Х. Исследование возможности ферментатив-ной обработки сульфатной целлюлозы с целью получения вискозной целлюлозы // Целлюлоза. 2011. Т. 18. С. 479–491.

3. Джексон Л., Хейтман Др., Джойс Т. Производство целлюлозы для химиче-ской переработки из макулатуры с использованием ферментов // TAPPI J. 1998. Т. 81, № 3. С. 171–178.

4. Копке В., Ибарра Д., Ларссон Т., Эк М. Технико-экономическое обоснование преобразования целлюлозы для бумаги в целлюлозу для химической переработки //11-й Европ. семинар по лигноцеллюлозным материалам и целлюлозе. Гамбург, 2010. С. 149–152.

5. Королева Т.А. Комарова Г.В., Комаров В.И., Миловидова Л.А. Влияние пред-варительных кислых обработок перед отбелкой на показатели лиственной сульфатной целлюлозы // Лесн. журн. 2002. № 2. С.122—127. (Изв. высш. учеб. заведений).

6. Косая Г.С. Производство сульфатной вискозной целлюлозы. М.: Лесн. пром-сть, 1966. 182 с.

7. Новожилов Е.В. Пошина Д.Н. Биотехнологии в производстве целлюлозы для химической переработки // Химия раст. сырья. 2011. № 3. С. 15–32.

8. Новожилов Е.В., Чухчин Д.Г., Терентьев К.Ю., Хадыко И.А. Изменение структуры клеточной стенки и свойств волокон беленой сульфатной лиственной цел-люлозы при ферментативном воздействии // Химия раст. сырья. 2011. № 3. С. 15–20.

9. Оболенская А.В. Щеголев В.П., Аким Г.Л., Коссович Н.Л., Емильянова И.З. Практические работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Лесн. пром-сть, 1965. 412 с.

10. Хакансон Х., Гермгард Ю., Сенс Д. Влияние ксилана на способность к раз-ложению сульфатной целлюлозы из лиственных пород и двукисточника тростниково-го при кислотном гидролизе // Целлюлоза. 2005. Т. 12, № 6. С. 621–628.

11. Энгстрем А.С., Эк М., Хенрикссон Х. Повышение доступности и реакцион-ной способности целлюлозы для химической переработки с целью получения вискоз-ной целлюлозы: предобработка однокомпонентной эндоглюканазой. // Биомакромо-лекулы. 2006. Т. 7, № 6. С. 2027–2031.

Ссылка на английскую версию:

Study of Activation Methods of the Bleached Hardwood Kraft Pulp
to Increase its Reactivity
D.N. Poshina, Chemist Expert
P.V. Porotova, Postgraduate Student
K.Y. Terentyev, Postgraduate Student
D.G. Chukhchin, Candidate of Engineering, Associate Professor
L.A. Milovidova, Candidate of Engineering, Associate Professor, Leading Researcher
E.V. Novozhilov , Doctor of Engineering, Professor

Sanitary-hygiene laboratory Federal State-Funded Healthcare Institution «Centre of hy-giene and epidemiology», pr. Troitskiy, 164/1, Arkhangelsk, 163001, Russia
E-mail: poschin@yandex.ru
Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russia
E-mail: e.novozhilov@narfu.ru

A low content of hemicelluloses and low-polymeric fraction of cellulose in dissolv-ing pulp is required for effective chemical processing and achieving of high quality. Dis-solving pulp is produced using special pulping and bleaching conditions. It was proposed to obtain dissolving pulp from conventional hardwood kraft pulp by alkali and enzyme treat-ment. The advantage of the new technology is the higher yield of the final product.

The aim of this paper was to estimate the effect of various activation methods on bleached hardwood kraft paper-grade fibers, to characterize properties of treated pulp and to assess its suitability for chemical processing.

The commercial bleached hardwood kraft pulp produced from the mixture of birch and aspen was used. The improvement of kraft pulp reactivity requires deep development of fiber cell wall. Acidic, enzymatic and hot alkali treatments were used for pulp activation. Acid treatment was carried out at 95°C or 100°C; alkali treatment was carried out at 95°C or 110°C. The Cellulases (endoglucanases) Novozym 476 and the Faber Care D by the Novo-zymes and the xylanase Banzyme ATX2 by the Banmark were used for enzymatic treat-ment.

Pulp yield, α-cellulose and pentosan content, viscosity of cellulose cuprammonium solutions and pulp reactivity for the viscose process were determined after various treat-ments. It was shown that xylanase pretreatment had a mild effect on the cell wall, improving the swelling ability, while the fiber structure was retained. Xylanase treatment has no effect on the viscosity of the pulp, so cellulase was used for reducing pulp viscosity at the final stage of the treatment.

As the acid treatment preceded the xylanase treatment, the swelling extent of pulp fi-bers in NaOH solution was slightly higher than in the case of the reverse stage order. Degra-dation in the hot alkaline conditions after acid treatment led to a considerable destruction of fiber cell wall. Intense swelling, local breaks and dissolution of the fibers were observed. The alkali degradation was more intensive when acidic hydrolysis was followed by xylanase treatment.

Application of xylanase and cellulase mixture on the pretreatment stage of pulp was suggested. Combined action of these enzymes for reactivity activation of bleached hard-wood kraft pulp in the process of conversion to dissolving pulp allows improving xylan re-moval, enhancing fiber swelling and controlling the viscosity of the pulp at an acceptable cost of enzymes.

Keywords: hardwood kraft pulp, hot alkaline treatment, acid treatment, xylanase, cellulase, swelling, reactivity

REFERENCES

1. Akim G.L., Belodubrovsky G.B., Burov A.V., et al. Tekhnologiya tsellyulozno-bumazhnogo proizvodstva. T. 1. Syr’e i proizvodstvo polufabrikatov. Ch. 2. Proizvodstvo polufabrikatov [Pulp and Paper Production Technology. Vol. 1. Raw Materials and Semi-Finished Production. Part. 2. Production of Semi-Finished Products]. Saint-Petersburg, 2003. 633 p.

2. Gehmayr V., Schild G., Sixta H. A precise study on the feasibility ofenzyme treatments of a kraft pulp for viscose application. Cellulose, 2011, no. 18 (2), pp. 479–491.

3. Jackson L. S., Heitmann J. A., Joyce T. W. Production of dissolving pulp from re-covered paper using enzymes. TAPPI JOURNAL, 1998, no. 81(3), pp. 171–178.

4. Kopke V., Ibarra D., Larsson T., Ek M. Feasibility study on converting paper-grade pulps to dissolving-grade pulps. 11th European Workshop on Lignocellulosics and Pulp. Hamburg, 2010. pp.149—152.

5. Koroleva T.A., Komarova G.V., Komarov V.I., Milovidova L.A. Vliyanie predvaritel’nykh kislykh obrabotok pered otbelkoy na pokazateli listvennoy sul’fatnoy tsel-lyulozy [Influence of Preliminary Acid Treatment before Bleaching on Indices of Hardwood Sulphate Pulp]. Lesnoy zhurnal. 2002, no. 2, pp.122—127.

6. Kosaya G.S. Proizvodstvo sul’fatnoy viskoznoy tsellyulozy [Production of Kraft Dissolving Pulp]. Moscow, 1966. 182 p.

7. Novozhilov E.V., Poshina D.N. Biotekhnologii v proizvodstve tsellyulozy dlya khimicheskoy pererabotki [Biotechnology in Dissolving Pulp Production]. Khimiya ras-titel’nogo syr’ya. 2011, no. 3, pp. 15–32.

8. Novozhilov E.V., Chukhchin D.G., Terent’ev K.Yu., Khadyko I.A. Izmenenie struktury kletochnoy stenki i svoystv volokon belenoy sul’fatnoy listvennoy tsellyulozy pri fermentativnom vozdeystvii [Change in the structure of the cell wall and fiber properties of bleached kraft hardwood pulp by enzymatic exposure]. Khimiya rastitel’nogo syr’ya. 2011, no. 3, pp. 15–20.

9. Obolenskaya A.V., Shchegolev V.P., Akim G.L., et al. Prakticheskie raboty po khimii drevesiny i tsellyulozy [Practical Works on the Chemistry of Wood and Cellulose]. Moscow, 1965. 412 p.

10. Hakansson H., Germgard U., and Sens D. Influence of xylan on the degradability of laboratory kraft pulps from hardwood and reed canary grass in acid hydrolysis. Cellu-lose, 2005, no. 12 (6), pp.621—628.

11. Engström A-C., Ek M. and Henriksson G. Improved accessibility and reactivity of dissolving pulp for the viscose process: pretreatment with monocomponent endoglu-canase. Biomacromolecules, 2006, no. 7(6), pp. 2027–2031.