Реферат: Переработка целлюлозно-бумажных и картонных отходов в ценные товарные продукты
Метилцеллюлоза применяется в различных областях: в текстильной промышленности, для получения мелованной бумаги, в химико-фармацевтической промышленности, в пищевой промышленности, в сельском хозяйстве для покрытия семян с целью исключения их механического повреждения, для получения клеев всех марок, для получения изделий спецтехники.
Кроме того, очищенная и обогащенная техническая целлюлоза, полученная из ЦТО может применяться для получения смешанных простых эфиров целлюлозы: этилметилцеллюлозы, этилококсиэтилцеллюлозы, оксиэтилцеллюлозы, метилоксиэтил-целлюлозы, оксипропилметилцеллюлозы, этилоксибутилцеллюлозы и т.п.
Рассмотрим поподробнее получение из промышленных целлюлозосодержащих твердых отходов натрийкарбоксиметилцеллюлозы, минуя стадию обогащения (бучения и отбелки ЦТО), которую здесь можно исключить. Na-КМЦ, как наиболее интересный и реальный ценнейший товарный продукт с очень широким ассортиментом применения можно получать практически из всех видов целлюлозно-бумажных и картонных отходов. Для этого не надо проводить очистку ЦТО и обогащение с целью получения более чистой технической целлюлозы, а вполне можно использовать ЦТО. Для этого их нужно просто очистить от пыли и тщательно мелко раздробить. Дробление ЦТО нужно осуществлять так, чтобы не было сдавливания и фибриллирования отдельных целлюлозных волокон. Как показали результаты испытаний Тимохина с сотр. (27) (28) (29) эффективность получения Na-КМЦ определяется природой целлюлозного сырья и его предварительной подготовкой. Наиболее экономичным способом получения Na-КМЦ является способ карбоксиметилирования порошкообразной целлюлозы (размер частиц < 84 мкм). Использование порошкообразной целлюлозы позволяет изменить расход всех видов сырья, увеличить выход продукта и повысить производительность оборудования. Na-КМЦ получается по реакции:
[C6 H7 O2 (OH)3 ·xNaOH]n+nxClCH2 COONa 
[C6 H7 O2 (OH)3-x (OCH2 COONa)x ]n +nxNaCl+nxH2 O;
Одновременно с основным процессом как всегда в синтетической химии, в отличие от биохимии, где "правят" энзимы, протекает серия побочных процессов:
ClCH2 COONa+H2 OHOCH2 COOH+NaCl
HOCH2 COOH+NaOHHOCH2 COONa+H2 O
ClCH2 COONa+NaOHHOCH2 COONa+NaCl.
Na-КМЦ производится в мире очень широко и это производное целлюлозы является одним из крупнотоннажных продуктов. В виду ограниченного объема книги мы не можем подробно описывать всю химическую технологию получения Na-КМЦ и предлагаем читателям обратиться к очень популярной в бывшем Советском Союзе книге Вадима Яковлевича Бытенского и Екатерины Пантелеймоновны Кузнецовой "Производство эфиров целлюлозы" (Ленинград, Ленинградское отделение издательства "Химия", стр.160-174, 1974г.). Приводим две наиболее приемлемые технологические схемы производства Na-КМЦ, взятые из этой книги (См. рис.12, 13).
Рис. 12. Технологическая схема производства Na-КМЦ периодическим (классическим) способом.
1 - пресс-ванна; 2 - смеситель периодического действия; 3 - бункерная тележка для завершения карбоксиметилирования; 4 - приемная емкость сушилки; 5 - шнек; 6 - сушилка; 7 - дробилка; 8 - вентиляторы.
Рис. 13. Технологическая схема производства Na-КМЦ моноаппаратным способом.
1 - станок для резки целлюлозы; 2 - бункер-накопитель; 3 - аппарат ВА-1М; 4 - мерник раствора NaOH; 5 - вакуум-сушилка; 6 - шнековый транспортер; 7 - дозреватель ленточного типа; 8 - сушилка; 9 - дробилка; 10 - вентиляторы; 11 - насос.
Основной аппарат, где производится главная реакция-натрийкарбоксиметилирование целлюлозы, изображен на рис. 11. Он представляет из себя обычный 2-х лопастный смеситель Вернера-Пфлейдерера, о котором было дано описание в третьей главе.
Нам известно, что на одном из предприятий Владимирской области, производящим шпульно-катушечные изделия, с целью замены дорогостоящего казеинового клея проводятся опытные и опытно-промышленные работы по получению клея на основе Na-КМЦ из отходов шпульно-катушечного производства. При этом, как показали испытания, мелкораздробленные твердые отходы шпульно-катушечного производства (дробление осуществляется на наличных на предприятии дробилках) позволяют получать продукт технически пригодный для получения клея со степенью этерификации (замещения) =70 и приемлемой степенью полимеризации (200-600).
Одно из главных факторов при производстве Na-КМЦ есть то, что при дроблении ЦТО не должно происходить сминания, сдавливания и фибриллирования целлюлозного волокна, т.к. это снизит, а в некоторых случаях и приведет к нулевой скорости проникновения химических агентов к целлюлозному волокну при Na-карбоксиметиллировании. При дроблении ЦТО необходимо разрывать и разрыхлять целлюлозные волокна, но ни в коем случае не мять и не сдавливать. Проведенные опытные испытания по переработке раздробленных отходов шпульно-катушечного производства путем мерсеризации и последующего натрийкарбоксиметилирования и перевода этих отходов в клей показали, что такой клей пригоден для склеивания специальной бумаги и получения шпулей и катушек для текстильной промышленности. Такие клеи не дают крупных гелеобразных частиц, которые могли бы вызвать поверхностные дефекты на шпулях и катушках. Можно ожидать, что получаемый клей на основе Na-КМЦ из ТПО шпульно-катушечного производства будет использоваться в промышленности по производству шпуль и катушек и полностью сможет заменить дорогостоящий казеиновый клей. Более того, это производство в перспективе, как можно ожидать, будет выпускать и товарный технический продукт Na-КМЦ.
Литература:
1. С.А. Алексеев, Что такое ЦТЗ // Экологический бюллетень "Чистая земля", Спец. выпуск, №1, 1997, с.1-5.
2. В.И. Манушин, К.С. Никольский, К.С. Минскер, С.В. Колесов, Целлюлоза, сложные эфиры целлюлозы и пластические массы на их основе, Владимир, ЦНТИ, 1996, с.18,64,228.
3. А.А. Петров, Х.В. Бальян, А.Т. Трощенко, Органическая химия, Под ред. чл. корр. АН СССР А.А. Петрова, Изд. 4-е доп., М., ВШ, 1981, с.508,522-523.
4. П. Каррер, Курс органической химии, Под ред. М.Н. Колосова, ТХИ, Л-д, 1960, с.548.
5. З.А. Роговин, Основы химии и технологии химических волокон, М., Химия, 1974, с.166-192.
6. Экологическая биотехнология, Под ред. К.Ф. Форстера и А.А. Дж.Вейза, Л-д, Химия, Лен. отд., 1990.
7. В.М. Минеев, Химизация земледелия и природная среда, М., Агропромиздат, 1990, с.5.
8. А.А. Имшенецкий, Микробиология целлюлозы, М., Ин-т микробиологии АН СССР, 1953.
9. В.Р. Вильямс, Почвоведение. Земледелие с основами почвоведения, М., 1949.
10. Краткая химическая энциклопедия, т.5, М., Изд. С.Э., 1967, с.331-334.
11. К.М. Махкамов, Х.Ш. Арипов и др. Сб. НИР "Химия, технология и применение целлюлозы и ее производных", Черкассы, Отд. НИИТЭХИМа, 1990, с.162.
12. Б.А. Ягодин, Агрохимия, 2-е изд., Агропромиздат, М., 1989.
13. М.И. Мягков, Г.М. Алексеев, В.А. Ольшанецкий, Твердые бытовые отходы города, Л-д, Стройиздат, 1978, с.51,69.
14. Малая медицинская энциклопедия, Под ред. В.И. Покровского, т.3, М., "БФЭ", 1992, с.489.
15. К.С. Никольский, Е.Б. Захарова и др., Приготовление компостной смеси и исследование процессов, происходящих в ней, Ж.//"Химия в сельском хозяйстве", №2, 1994, с.25.
16. В.В. Говорина, С.Б. Виноградов, Влияние тяжелых металлов на ферментативную активность почв, Ж.//"Химизация сельского хозяйства", №3, 1990, с.87-90.
17. Н.А. Черных, Негативное воздействие тяжелых металлов на почвы, Ж.//"Химизация сельского хозяйства", №1, 1991, с.40-42.