Ремонт принтеров, сканнеров, факсов и остальной офисной техники


назад Оглавление вперед




[3]

В рассматриваемых условиях процесса количество моносахаров, образующихся при автогидролизе древесной биомассы, составляет всего лишь 31-50% от РВИ.

Это свидетельствует о том, что с повышением температуры процесса автогидролиза увеличивается доля моносахаров, претерпевающих деструкцию с образованием осколков моносахаров, обладающих способностью восстанавливать фелинго-ву жидкость, но не являющихся истинными моно-сахарами. Незначительное содержание в водорастворимых продуктах автогидролиза древесины осины изопропанола и пропионовой кислоты связано с тем, что основная часть пропильных групп древесины входит в состав лигнина, который, согласно проведенным исследованиям, является наиболее термостабильным компонентом древесины (степень разложения лигнина при 400°С составляет лишь 7.8%).

После автогидролиза древесины осины при температуре 240°С и давлении водяного пара 34 атм количество водорастворимых веществ в образцах достигает 21 .4 вес.%. Это значение удовлетворительно совпадает с суммой независимо определенных индивидуальных веществ и заметно выше, чем при более низких температурах процесса.

В водорастворимых веществах при данных условиях процесса наблюдается повышенное содержание редуцирующих веществ (до 7.21 вес.%) и низкомолекулярного лигнина (до 7.88 вес.%) (табл. 4). Этот факт однозначно свидетельствует об увеличении степени деструкции лигноуглевод-ного комплекса древесины осины с ростом температуры процесса взрывного автогидролиза от 220

до 240°С.

В то же время повышение температуры обработки древесины до 240°С приводит к увеличению степени распада индивидуальных моносахаров (с образованием осколков моносахаров) и их доля в водорастворимых веществах снижается, составляя

27-41 % от общего количества РВИ. При 240°С

индивидуальные моносахара в водорастворимых веществах составляют - ксилоза (до 3.79%), глюкоза (до 0.34%) и галактоза (до 0.34%).

Следует отметить также, что количество истинных сахаров в водорастворимых веществах после инверсии снижается с повышением температуры процесса и составляет: при 1 87°С - 6769%, при 220°С - 31-50%, при 240°С - 27-41%. Повышение температуры процесса способствует образованию осколков моносахаров, восстанавливающих фелингову жидкость, но не являющихся истинными сахарами.

Обнаруженные закономерности деструкции лигноуглеводного комплекса древесины осины в условиях взрывного автогидролиза имеют, по-видимому, общий характер и типичны для древесины других пород. Действительно, данные по составу водорастворимых веществ автогидролизо-ванной древесины сосны и ели подтверждают данное положение с той лишь разницей, что лиг-ноуглеводный комплекс древесины хвойных более устойчив в условиях взрывного автогидролиза.

Данные различия вполне понятны вследствие того, что удельный вес лигнина в общей сетке лигноуглеводной матрицы в хвойных значительно больше, чем в лиственных, а содержание легко-гидролизуемых полисахаридов в хвойных значительно меньше.

Полученные в работе результаты анализа водорастворимых продуктов автогидролизованной древесины осины, сосны и ели свидетельствуют о том, что основными реакциями при активации древесины в условиях взрывного автогидролиза являются:

-отщепление метоксильных, ацетильных и пропильных групп с образованием метанола, уксусной кислоты, изопропанола м других;

-гидролитическое расщепление углеводов древесины, прежде всего легкогидролизуемых, с образованием сахаров;


-дегидратация и термическое разложение сахаров с образованием летучих органических продуктов, в первую очередь фурфурола;

-деполимеризация исходного лигнина с образованием низкомолекулярных фрагментов;

-реакции конденсации имеющихся продуктов с лигнином с образованием дополнительного количества так называемого "псевдолигнина".

2. Состав твердых продуктов взрывного автогидролиза древесины осины, сосны и ели

Образование органических водорастворимых веществ в условиях взрывного автогидролиза древесной биомассы в интервале температур 1 80-240°С и соответствующих давлениях насыщенного водяного пара 1 2-34 атм свидетельствуют о деструкции лигноуглеводного комплекса исходной древесины: гемицеллюлоз, целлюлозы и лигнина. Анализ литературных данных и полученные экспериментальные результаты свидетельствует о том, что степень деструкции отдельных компонентов древесины определяется как температурой процесса, так и продолжительностью обработки [1 5, 20, 25-27]. Отмечается, что при низких температурах процесса преобладающими являются реакции гидролитического разложения углеводов древесины и частичная деполимеризация лигнина с образованием низкомолекулярных фрагментов, способных растворяться в органических растворителях (диоксан-вода, этанол-вода, ацетон-вода) и в водных растворах щелочей. Повышение температуры автогидролиза усиливает степень деструкции углеводов древесины, а с реакциями деполимеризации лигнина начинают конкурировать реакции его реполимеризации [28, 29].

В этой связи представляет интерес исследовать компонентный состав твердых продуктов взрывного автогидролиза древесины осины, сосны и ели в зависимости от параметров процесса.

Анализ литературных данных и изучение состава водорастворимых продуктов автогидролизо-ванной древесины осины, сосны и ели свидетель-

ствуют, что одной из основных реакций, протекающих при активации древесной биомассы методом взрывного автогидролиза, является гидролитическое расщепление углеводов древесины, прежде всего - гемицеллюлоз. Разрыв гликозидных связей в молекулах легкогидролизуемых полисахаридов приводит к гидролитическому распаду пентозанов древесины с образованием арабинозы и ксилозы, и части гексозанов с образованием глюкозы, маннозы и галактозы. В качестве катализатора указанных превращений выступает уксусная кислота, образующаяся в результате отщепления ацетильных групп от макромолекул ксиланов и маннанов. Процесс отщепления ацетильных групп, как было показано ранее, активизируется с ростом температуры процесса взрывного автогидролиза и его продолжительности. Поэтому следует ожидать увеличения степени распада легкогидро-лизуемых полисахаридов древесной биомассы и, как следствие, уменьшения содержания гемицел-люлоз в активированной древесине по мере ужесточения условий проведения процесса.

В таблицах 7-9 представлены полученные экспериментальные данные по содержанию основных компонентов древесины осины, сосны и ели, подвергнутой взрывному автогидролизу в интервале температур 1 80-240°С и соответствующих давлениях насыщенного водяного пара 1 2-34 атм [30].

Как видно из приведенных данных, наибольшим изменениям в процессе взрывного автогидролиза подвергаются гемицеллюлозы. Учитывая то, что в исходной древесине осины, сосны и ели их содержание составляет 24.5, 13.5 и 15.3% соответственно, то уже при 1 87°С примерно половина гемицеллюлоз древесины оказывается разрушенной. Причем с увеличением времени обработки при данной температуре содержание гемицеллю-лоз закономерно уменьшается для древесины осины, сосны и ели. Повышение температуры процесса взрывного автогидролиза со 1 87 до 220°С приводит к дальнейшему уменьшению содержания гемицеллюлоз в автогидролизованной древе-


сине. Так, при времени обработки 1 20 с содержание гемицеллюлоз в древесине осины, автогид-ролизованной при температуре 1 87°С, составляет 1 0.4% от массы исходной навески абсолютно сухой автогидролизованной древесины, а при температуре 220°С и этом же времени обработки содержание гемицеллюлоз падает до 0.6%. При температуре 220°С, так же как и при 1 87°С, с увеличением времени обработки содержание гемицел-люлоз в автогидролизованной древесине уменьшается. При температуре процесса 240°С геми-целлюлозы в автогидролизованной древесине осины не обнаруживаются даже после 60 с обработки, что свидетельствует о протекании процесса гидролилитического расщепления легкогидроли-зуемых полисахаридов древесины осины, сосны и ели в указанных условиях нацело.

Согласно литературным данным, которые опубликовали Saddler и Brownell [7], содержание целлюлозы в автогидролизованной древесине практически не меняется с вариацией времени выдержки в интервале 20...200 с. Также в работах

П.П. Эриньша [1 5, 1 6] отмечается, что целлюлоза древесной биомассы, как представитель трудно-гидролизуемых полисахаридов, практически не затрагивается.

Аналогичные результаты были получены и в данной работе. Как следует из полученных данных, в отличие от гемицеллюлоз, целлюлоза в условиях взрывного автогидролиза, как представитель трудногидролизуемых полисахаридов, в меньшей степени подвергается деструкции при данных параметрах процесса.

Содержание целлюлозы в автогидролизован-ной древесине осины, сосны и ели при указанных параметрах процесса не уменьшается с повышением температуры процесса, а наоборот увеличивается. Увеличение содержания целлюлозы с повышением температуры процесса взрывного автогидролиза связано, по-видимому, с тем, что расщепление гемицеллюлоз приводит к некоторому повышению содержания целлюлозы. Следует, однако, указать, что это увеличение незначительное и составляет от 43-44 до 48-49%.

Таблица 7. Данные о составе автогидролизованной древесины осины, полученные в условиях взрывного автогидролиза при 1 80-240°С (в % от абс. сухой автогидролизованной древесины)

Температура процесса, °С

Продолжительность процесса, с

Водорастворимые вещества

Общий лигнин

Целлюлоза

Гемицеллюлозы

187

120

15.7

24.4

45.0

10.4

187

180

13.0

26.2

45.5

9.6

187

300

10.0

28.9

45.4

6.9

220

60

15.2

28.9

47.5

2.2

220

90

14.3

26.1

47.7

2.0

220

120

14.8

29.3

46.6

0.6

220

150

15.7

31.3

49.3

0.5

220

180

17.4

32.3

46.4

0.6

240

60

16.2

30.6

48.5

0

240

90

21.4

30.7

49.3

0

240

120

17.6

32.9

48.7

0

240

150

15.8

33.2

49.3

0

240

180

14.9

33.4

48.7

0



[стр.Начало] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6]