Переработка макулатуры марки МБС в Na-КМЦ

Переработка макулатуры марки МБС в Na-КМЦ

Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) находит широкое применение в качестве стабилизаторов буровых растворов, антиресорбентов в составах синтетических моющих средств, при флотационном обогащении руд, в виде клеев и прочих связующих, в качестве стабилизирующих добавок в пищевой и фармацевтической промышленности.

Требования к качеству и чистоте Na-КМЦ будут определяться областью применения в разных отраслях промышленности. Так для фармацевтической и пищевой промышленности требуется высокая степень очистки, что определяется применением хлопковой или высококачественной древесной целлюлозы для химической переработки. Для клеев и связующих не так важна чистота продукта, как важен показатель вязкости, что определяется степенью полимеризации исходного сырья, в качестве которого можно использовать отходы хлопкового производства. Для крупномасштабных производств горнорудной и нефтедобывающей промышленности в качестве сырья возможно использование макулатуры различных сортов. Для получения Na-КМЦ, не требующей особой степени чистоты, в качестве сырья используют макулатуру марки МС-5Б (коробочный гофрокартон) и макулатуру бумажную специальную (МБС), являющуюся продуктом уничтожения денежных билетов.

Следует отметить, что если с переработкой МС-5Б проблем нет, то утилизация МСБ затруднена тем, что данный вид макулатуры, являясь крупнотоннажным, плохо подвергается гниению и горению, не поддается вторичной переработке для получения бумаги традиционными способами. В настоящее время не находит квалифицированного применения, и утилизируется путем захоронения на полигонах, загрязняя тем самым окружающую среду. В то же время МСБ содержит в большом количестве хлопковую и вискозную хвойную целлюлозу, которую, как вторичные волокна, можно использовать для получения Na-КМЦ.

Целью данной научной работы является получение Na-КМЦ из МБС. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- определить состав макулатуры по волокну, характер и наличие примесей, количество примесей;

- разработать способ подготовки МБС для карбоксиметилирования;

- провести карбоксиметилирование жидкофазным и твердофазным способом;

- провести анализ полученной Na-КМЦ и выдать рекомендации по ее применению.

В качестве объекта исследования использовали МСБ в виде отходов денежной бумажной массы Центрального хранилища банка России. МБС просеивали на сите № 3…5 для удаления крупных и мелких включений и получения фракции с размером частиц (10…15)x1 мм2. Подготовленное сырье анализировали по следующим показателям:

- состав по волокну (ГОСТ 7500-85): хлопок, сульфатная и сульфитная беленая целлюлоза лиственных и хвойных пород;

- содержание золы (ГОСТ 7629-93) 3,8±0,2 %.

- примеси неволокнистого характера до 3,5…4,5 % от абсолютно-сухого сырья (а.с.с.);

- степень полимеризации (ГОСТ 9105-74) 1000…1500;

- содержание альфа-целлюлозы (ГОСТ 6840-78) 90,5±0,2 %.

В качестве примесей неволокнистого характера обнаружены частицы металлизированной полимерной пленки размером 2х1 мм2 и частицы минерального наполнителя.

Относительно высокая степень полимеризации и содержание альфа-целлюлозы характеризует МБС, как перспективное сырье для получения Na-КМЦ.

МБС обладает повышенной влагопрочностью, как следствие, плохой смачиваемостью и набуханием. Получение щелочной целлюлозы с последующим карбоксиметилированием необработанного сырья приводит к получению Na-КМЦ с низкой степенью замещения и растворимостью. Наличие примесей затрудняет процесс карбоксиметилирования, приводит к повышенному расходу монохлоруксусной кислоты, загрязняет конечный продукт. Поэтому одной из основных стадий подготовки сырья к карбоксиметилированию является стадия химикотермогидрообработки (ХТГО) с применением гидроксида натрия.

Проведение ХТГО. Навеску воздушно-сухого сырья помещали в круглодонную колбу, снабженную перемешивающим устройством и обратным холодильником, заливали раствором едкого натра (5 %) при гидромодуле 15:1, и нагревали до температуры 85…95 °С в течение 25…40 минут, затем продукт промывали водой и обезвоживали. Критерием оценки качества ХТГО было определение степени набухания в щелочном растворе (NaOH, 20 %) обработанных образцов МБС. Установлено, что максимальное набухание образцов достигается при условиях: температура 90 °С, продолжительность процесса 30 минут.

Карбоксиметилирование проводили жидкофазным и твердофазным способом.

Жидкофазное карбоксиметилирование: навеску воздушно-сухой макулатуры (в.с.м.) после ХТГО в количестве 80 г помещают в круглодонную колбу, смачивают смесью 75,2 г NaOH и 80 мл дистиллированной воды. При непрерывном перемешивании приливают 960 мл этанола концентрацией 94 %. Дальнейший процесс ведут при непрерывном перемешивании в течение 1,5 часов. Далее добавляют 96 г монохлоруксусной кислоты. Карбоксиметилирование осуществляют при температуре 55 °С в течение 3 часов при постоянном перемешивании. Полученную Na-КМЦ промывают этанолом (94 %), сушат при комнатной температуре и анализируют.

Твердофазное карбоксиметилирование: навеску в.с.м. после ХТГО в количестве 150 г помещают в стакан с 1000 мл водного раствора едкого натра концентрацией 20 % и перемешивают в течение 30 минут, затем массу отжимают до трехкратного веса от массы абсолютно сухой макулатуры. Полученную щелочную макулатурную массу перемешивают с 200 г монохлорацетата натрия и оставляют на 24 часа при комнатной температуре без перемешивания для завершения реакционных процессов. Полученный продукт промывают, сушат при комнатной температуре и анализируют.

Результаты анализа полученных продуктов представлены в таблице ниже.

Физико-химические характеристики Na-КМЦ ТУ 2231-002-50277563-2000
Переработка макулатуры марки МБС в Na-КМЦ

Из таблицы видно, что жидкофазный способ имеет очевидные преимущества, так как позволяет получить высокие степень замещения, содержание основного вещества и динамическую вязкость, содержит меньше неорганических примесей, однако при этом имеет более низкую (460) по сравнению с твердофазным способом (685) степень полимеризации, при практически равной растворимости.

Для характеристики молекулярно-массового состава полученных образцов Na-КМЦ использовался метод гель-проникающей хроматографии. Анализ проводили на жидкостном хроматографе Agilent 1200 (колонка PL-aqagel, рефрактометрический детектор, элюент 0,1 н. LiNO3, калибровка молекулярных масс по стандартам – декстранам).

Молекулярно-массовое распределение продуктов, полученных жидкофазным и твердофазным способами, представлено на рисунках ниже.

Переработка макулатуры марки МБС в Na-КМЦ
Молекулярно-массовое распределение Na-КMЦ, полученной по жидкофазному способу

Переработка макулатуры марки МБС в Na-КМЦ
Молекулярно-массовое распределение Na-КMЦ, полученной по твердофазному способу

Анализ молекулярно-массовых распределений позволяет выделить основные группы фракций.

Молекулярно-массовые распределения Na-КМЦ
Переработка макулатуры марки МБС в Na-КМЦ

Из представленных данных видно, что при жидкофазном способе получения большая часть фракции, среднечисловая молекулярная масса которой равна ~1х106 Да, составляет 70 %, низкомолекулярные соединения среднечисловая молекулярная масса которых составляет от 1~3х103 Да, составляют 29 %. При твердофазном способе относительное содержание высокомолекулярной фракции составляет 43 %, а низкомолекулярной – 55 %. Следовательно, при твердофазном способе получения макромолекулы целлюлозы больше подвергаются деструкции, приводя к образованию низкомолекулярных фракций, которые агрегируют друг с другом, завышая степень полимеризации.

В итоге установлено, что макулатура марки МСБ состоит из хлопка, сульфатной и сульфитной беленой целлюлозы лиственных и хвойных пород;

В качестве примесей неволокнистого характера обнаружены минеральный наполнитель и частицы металлизированной полимерной пленки размером 2х1 мм2.

Установлено, что необходимой стадией при получении Na-КМЦ из МБС, является стадия предварительной ХТГО при условиях: концентрация водного раствора едкого натра 5 %; гидромодуль 15:1; температура 90 °С; продолжительность процесса 30 минут.

Показано, что более качественный продукт получается при жидкофазном способе карбоксиметилирования: степень замещения выше в 1,9 раза, содержание основного вещества в 1,7 раза, при практически равной растворимости.

Полученный продукт можно рекомендовать использования в строительной нефте-, газодобывающей промышленности, так как по основным характеристикам (степень замещения: 75…93, степень полимеризации: 460…700 и растворимости от 93…94 %) соответствует техническим требованиям.

Таким образом, в работе показана возможность использования макулатуры марки МСБ в качестве сырья для получения Na-КМЦ.

Дата публикации: 2-10-2015, 22:27 Раздел: Промышленные отходы Просмотров: 1120 Комментариев: 0
Распечатать

Пожалуйста, оставьте отзыв через ВКонтакте:

Или через сайт:

Вопрос: Как называются отходы из стекла (стекло**ра)?

Введите ответ на вопрос против спам-ботов и оставьте текст отзыва ниже
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Ваше мнение
Поддерживаете ли Вы раздельный сбор мусора
Что это такое?
Конечно!
Ни за что!

 
 
Новые материалы
События