ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

207 

 

УДК 661.716 

 

1

Толеухан Ж.

*

, 

2

Шаховоростов А., 

1

Ибраева Ж., 

1,2

Кудайбергенов С.

 

 

1

Казахский Национальный Исследовательский Технический Университет имени К.И. 

Сатпаева, г. Алматы, Казахстан 

2

ЧУ «Институт полимерных материалов и технологий», г. Алматы, Казахстан 

*Е-mail: zhanart94gmail.ru  

 

Получение целлюлозных материалов из недревесного однолетнего растительного 

сырья и изучение их физико-химических свойств  

 

В  данной  работе  описывается  метод  получения  целлюлозы  из  различных  видов  не 

древесного однолетнего растительного сырья (конопля сорная, камыш, рисовая шелуха), 

произрастающего  на  территории  Республики  Казахстан.  Процесс  получения  состоит  из 

делигнинизации 

исходного 

сырья, 

отбеливании 

волокон 

целлюлозы 

и 

щелочного/кислотного  гидролиза.  В  лабораторных  условиях  выход  целлюлозы  из 

растений составил 53% из конопли, 35% из камыша и 20% из рисовой шелухи. Структура 

полученной  целлюлозной  массы  подтверждена  методом  ИК-Фурье  спектроскопии, 

термические 

свойства 

определены 

методами 

дифференциально-сканирующей 

калориметрии (ДСК) и термогравиметрического анализа (ТГА).  

Ключевые слова: Целлюлоза, конопля сорная, камыш, рисовая шелуха, экстракция, 

кислотный гидролиз. 

 

1

Төлеухан Ж., 

2

Шаховоростов А., 

1

Ибраева Ж., 

1,2

Кұдайбергенов С. 

 

1

Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ Ұлттық Техникалық Зерттеу Университеті, Алматы қ., Қазақстан 

2 

«Полимер материалдар және технологиялары институты» ЖММ, Алматы қ., Қазақстан 

 

Бір жылдық өсімдік тектес шикізат көздерінен целлюлоза материалдарын алу 

және олардың физико-химиялық қасиеттерін зерттеу 

 

Ұсынылып отырған жұмыста Қазақстан Республикасы аумағында өсетін біржылдық 

өсімдік  тектес  шикізат  көздерінен  (қарасора,  қамыс,  күріш  қауызы)  целлюлоза  алу  әдісі 

қарастырылды.  Зерттеу  жұмысы  шикізат  түрін  делигнизациялау,  целлюлоза  талшығын 

ағарту  және  сілтілік/қышқылдық  гидролиздеу  сияқты  химиялық  процестерден  тұрады. 

Нәтижесінде  сәйкесінше  қарасорадан  53%,  қамыстан  35%  және  күріш  қауызынан  20% 

целлюлоза  бөлінді.  Алынған  целлюлозалық  массаның  құрылымы  ИҚ-Фурье 

спектроскопия  әдісімен  анықталып,  дифференциальды-сканирлеуші  калориметрия  және 

термогравиметриялық анализ әдістерімен термиялық қасиеттері зерттелді. 

Түйін  сөздер:  Целлюлоза,  қарасора,  қамыс,  күріш  қауызы,  экстракция,  қышқылды 

гидролиздеу. 

 

1

Toleukhan Zh., 

2

Shahovorostov A., 

1

Ibraeva Zh., 

1,2

Kudaibergenov S. 

 

1

K.I.Satpaev

 

Kazakh National Research Technical University, Almaty, Kazakhstan 

2

Institute of Polymer Materials and Technologies, Almaty, Kazakhstan  

 

Preparation of cellulose materials from the nonwoody yearly herbs and investigation of 

their physic-chemical properties 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

208 

 

Extraction of cellulose from various nonwoody yearly herbs (hemp weed, reeds, rice husk) 

growing  in  the  territory  of  the  Republic  of  Kazakhstan  is  described.  The  preparation  process 

consists of delignification of raw materials, bleaching and alkaline/acidic  hydrolysis.  The  yield 

of  pulp  was  equal  to  53%  for  hemp,  35%  for  cane  and  20%  for  rice  husk.  The  structure  and 

thermal properties of cellulose mass was confirmed by FT-IR spectroscopy, differential scanning 

calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). 

Keywords: Cellulose, hemp weed, reeds, rice husk, еxtraction, 

acid hydrolysis. 

 

Введение 

 

В  настоящее  время  особо  острой  проблемой  является  переработка  отходов  сельского 

хозяйства на территории страны, где основной отраслью является воспроизводство крупяных 

злаков. Оставленные на полях отходы сельскохозяйственных культур, до сих пор не находят 

широкого применения, что причиняет экологический ущерб окружающей среде [1].  

Основным  достоинством  технологии  производства  целлюлозы  из  недревесного  сырья 

является ее воспроизводимость и невысокая стоимость. Например, из конопли собранной на 

одном гектаре, можно получить в четыре раза больше бумаги, чем из деревьев, выращенных 

на такой же площади [2]. 

Получение  целлюлозы  из  недревесного  растительного  сырья  можно  осуществить  как 

традиционными  щелочными  способами  делигнификации,  так  и  современными  методами. 

Современные  способы  делигнификации,  являясь  экологически  малоопасными,  позволяют 

получать  техническую  целлюлозу  с  высоким  выходом  и  уникальными  свойствами  в  одну 

стадию  без  применения  хлорсодержащих  реагентов.  Однако  отсутствие  систематических 

исследований  по  разработке  технологических  аспектов  получения  целлюлозного  материала 

препятствует широкому внедрению в производстве [3]. 

Все  сказанное  выше  свидетельствует  об  актуальности  исследований  по  получению  и 

исследованию  физико-химических  свойств  целлюлозных  материалов,  полученных  в  ходе 

переработки отходов крупяных и злаковых культур. 

Целью  работы  является  получение  целлюлозы  из  недревесного  однолетнего 

растительного сырья РК и сравнение их физико-химических свойств. 

 

Экспериментальная часть 

 

1 Материалы и реагенты 

В  качестве  исходного  материала  использовали  коноплю  сорного  вида, 

произрастающую на территории Чу, Жамбылской области. Длина ствола конопли составляла 

60  см,  диаметр  –  0,8  cм,  масса  –  45  г.  Рисовая  шелуха,  отход  рисовой  продукции,  была 

предоставлена из Кызылординской области. Длина чашуйки шелухи – 0,9 см, ширина –  0,2 

см, масса – 20 г. Камыш – продукт, призрастающий на территории Алматинской области с 

длиной ствола 120 см, диаметром 1,2 см, массой 20г.  

В  качестве  реагентов  использовали  этиловый  спирт  (90%)  продукт  производства 

«Ромат»  (Казахстан),  гидроксид  натрия  (NaOH)  марки  чда  продукт  фирмы  «ТОО 

Лабофарма»  (Казахстан),  натрий  тетраборнокислый  10-вод  (Na

2

B

4

O

7

·10H

2

O)  марки  чда 

продукт  фирмы  «ТОО  лабхимпром»  (Казахстан),  перекись  водорода  (Н

2

O

2

)  37% 

предоставленный «ТОО лаброфарма» (Казахстан), кислота уксусная 70% чда продукт «ДХЗ-

производство»  (Россия),  азотная  кислота  (HNO

3

)  98,6%  чда  продукт  «ДХЗ-производство» 

(Россия). 

2 Метод выделения целлюлозы 

Наиболее  подходящая  методика  выделения  целлюлозы  описана  в  источнике  [4], 

адаптированный  вариант  был  использован  в  настоящей  работе.  Очищенные  и  высушенные 

при 80°C до постоянной массы стебли растений были измельчены до средних размеров 0,5-1 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

209 

 

см.  Далее  сырье  промывали  горячей  дистиллированной  водой  3-4  раза  для  удаления 

нерастворимых частиц (в основном силикаты), затем сушили до потоянной массы.  

Для  удаления  лигнин-содержащих  веществ,  сырье  загружали  в  аппарат  Сокслета  и 

промывали  спирто-толуольным  раствором  в  течение  24  ч.  После  удаления  растворителя, 

сырье  подвергали  обработке  0,1М  NaOH  в  растворе  этанол:вода  =  50:50  об.%  при  45°C  в 

течение  3  ч  при  непрерывном  перемешивании.  Для  отбеливания  волокон  целлюлозы, 

целлюлозную  массу  подвергали  многостадийной  обработке  перекисью  водорода  с 

концентрациями  0,5%,  1%,  2%,  3%  при  постоянном  значении  рН  11,5  и  45  °C. 

Продолжительность  каждой  стадии  составляла  3  ч.  при  непрерывном  перемешивании. 

Щелочной гидролиз проводили раствором NaOH (10%)/Na

2

B

4

O

7

10H

2

O (1%) при комнатной 

температуре  в  течение  15  часов  и  интенсивном  перемешивании.  Кислотный  гидролиз 

проводили смесью азотной и уксусной кислот в объемном соотношении 1:10, при 120 °C в 

течение  15  мин.  Полученную  целлюлозу  промывали  сначала  этанолом,  затем  водой  для 

удаления  уксусной  кислоты  и  снова  95%  раствором  этанола  с  последующей  сушкой  до 

постоянной  массы  при  60°C.  Описанная  методика  применялась  во  всех  экспериментах  с 

различным сырьем. 

3 Методы исследования 

ИК-Фурье  спектры  были  получены  на  спектрофотометре  Carry  660  фирмы  Agilent 

(США). Динамические термогравиметрические измерения были проведены с помощью ДТА-

ТГА  анализатора  LabSys

evo

  фирмы  Setaram  (Франция)  в  интервале  температур  от  30°C  до 

700°C  в  атмосфере  аргона.  Скорость  нагрева  10°C/мин.  Дифференциально-сканирующая 

калориметрия  выполнена  на  приборе  dSc131

evo

  фирмы  Setaram  (Франция)  в  диапазоне 

температур 40 – 400°C со скоростью нагрева 2°C/мин в атмосфере аргона. 

 

Результаты и обсуждения 

 

Из  литературных  источников  известно,  что  в  однолетних  растениях  таких  как 

содержание целлюлозы варьируется от 20 до 80%. По методике, описанной в разделе 2.2 

получена  целлюлозная  масса  из  трех  типов  сырья  (рис.  1).  Цветовые  отличия  образцов 

целлюлозы, полученных из конопли, камыша и рисовой шелухи, по-видимому, связаны с 

различной  степенью  отбеливания  целлюлозной  массы  перекисью  водорода.  Необходимо 

отметить, что перекись водорода является «мягким» отбеливателем и ее применение более 

экологично и экономично.  

В  лабораторных  условиях  выход  целлюлозы  из  конопли  сорной  составил  53%,  в 

случае камыша – 35%, рисовой шелухи – 20%.  

 

 

 

Рисунок 1 – Фото образцов целлюлозы, полученных из рисовой шелухи (а), камыша (b) и 

конопли  (c) 

 

Результаты термогравиметрического анализа показали, что термические свойства всех 

трех  типов  целлюлозы  идентичны  (рис.2).  Во  всех  случаях  небольшая  потеря  массы  была 

обнаружена  около  100°C.  Это  объясняется  удалением  остаточной  влаги  после  конечной 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

210 

 

стадии  промывки  сырья.  Начало  термического  разложения  целлюлозы  наблюдается  около 

330°C. Во всех случаях твердые остатки при 700°C близки к 5-8 мас.%.  

 

 

Рисунок 2 – Термограммы целлюлозы, выделенные из конопли, рисовой шелухи и 

камыша 

 

Результаты  дифференциальной  сканирующей  калориметрии  полученных  целлюлоз 

показаны на рисунке 3. Первые эндотермические пики, наблюдающиеся при 70°C, 77°C, и 

80°C  можно  отнести к  испарению  влаги  из  конопли,  камыша  и  рисовой  шелухи.  Вторые 

эндотермические  пики,  соответствующие  339°C,  342°C  335°C  относятся  к  плавлению 

кристаллических  структур  целлюлозы,  полученной  из  конопли,  камыша  и  рисовой 

шелухи.  

 

Рисунок 3 – Дифференциальная сканирующая калориметрия полученных целлюлоз 

 

На рисунке 4 представлены ИК-Фурье спектры целлюлозы, выделенной из камыша 

(a), рисовой шелухи  (b) и  сорной конопли (c). Широкие  полосы поглощения в диапазоне 

3100  –  3600  см

-1

  доказывают  присутствие  адсорбированной  влаги.  Пики  при  полосе 

поглащения  1160  см

-1

  соответствуют  колебаниям  связанные  с  группой  –С–О–Н.  Полосы 

поглощения при 1100 – 960 см

-1

 соответствуют –С–О–С– колебаниям пиранозного цикла. 

На  спектрах  b  и  с  присутсвуют  пики  при  полосе  поглощения  1720  см

-1

  альдегидным  и 

кетонным  группам  ацетатных  групп,  содержащихся  в  гемицеллюлозе.  Пики  в  области 

1645  –  1650  см

-1

  возможно  относятся  к  колебаниям  ароматических  структур, 

присутствующих в лигнине. 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

211 

 

 

Рисунок 4 – ИК-Фурье спектры полученной целлюлозы из растительного материала, 

где а – из камыша, b – из рисовой шелухи, с – из сорной конопли 

 

Заключение 

 

Проведены  эксперименты  по  выделению  целлюлозы  из  однолетних  недревесных 

растений:  сорная  конопля,  рисовая  шелуха,  камыш  лесной.  Показано,  что  выход 

целлюлозы  из  конопли  больше,  чем  из  рисовой  шелухи  и  камыша.  Методом  ИК-Фурье 

спектроскопии были идентифицированы функциональные группы  целлюлозы и доказана 

структура.  Методами  ТГА  и  ДСК  исследованы  термические  свойства  полученных 

материалов. 

 

Список литературы 

 

1  Минакова  А.  Р..  Получение  целлюлозы  окислительно-органосольвентным 

способом при переработке недревесного растительного сырья. – Архангельск, 2008. 

2  Завод  по  производству  целлюлозы  из  конопли.  Институт  лубяных  культур,  2010. 

Электронный материал: 

http://www.tku.org.ua/ru

  

3 Bhatnagar A, Sain M (2005) Processing of cellulose nanofiber-reinforced composites. J 

Reinf Plast Comp 24(12):1259–1269. 

4  Moran  J.  I.,  Alvarez  V.  A.,  Cyras  V.  P.,  Vazquez  A.  Extraction  of  cellulose  and 

preparation of nanocellulose from sisal fibers // Cellulose. ‒ 2008. ‒ V. 15, № 1. ‒ P. 149-159. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

212 

 

УДК 620.9 

Харлампенкова Ю.А. 

 

Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН 

Е-mail: kon.julija@gmail.com 

 

Возможности использования высокозольного шлама труднообогатимого угля. 

 

Представлены  результаты  химического  и  элементного  анализа  состава  золы  шлама 

труднообогатимого  угля  марки  «КО».  Установлено,  что  данный  уголь  практически  не 

поддается обогащению. Однако, после сжигания его зола может быть источником ценных 

товарных продуктов. 

Ключевые  слова:  комплексная  переработка  отходов,  минеральное  сырье, 

золошлаки. 

 

Kharlampenkovа J. 

 

Federal Research Centre Coal and Coal Chemistry of Siberian Branch of the Russian Academy 

of Sciences 

 

Possibilities of use of high-refractory slurry coal 

 

The  results  of  chemical  and  elemental  analysis  of  the  composition  of  the  ash  slurry 

refractory grade coal "KO". It has been established that this not be practically coal enrichment. 

However, after burning his ash can be a source of valuable commodity products. 

Keywords: Integrated waste management, minerals, ash and slag. 

 

Введение  

 

Проблема  комплексного  использования  минерального  и  техногенного  сырья  с 

извлечением  по  максиму  всех  полезных  компонентов  является  приоритетной  с  точки 

зрения рационально природопользования.  

Это связанно как с активным внедрением углеобогатительных фабрик, так и ростом 

добычи  сырья.  Например,  в    Кузбассе  объем  добычи  за  2014г.  составил  210,8  млн.т.,  из 

них  за  пределы    вывезено  109,1  млн.т.  угля.    На  долю  энерговырабатывающих 

предприятий в Кемеровской области приходилось около 14 млн.т. На территории региона 

действует  49  обогатительных  фабрик  и    установок,  и  обогащается  до  80%  оставшегося 

сырья  [1].  Таким  образом,  после  угледобычи,  сжигания  и  обогащения  угля  образуется 

большое  количество техногенных отходов. 

Ценность этих отходов заключается в том, что они могут быть техногенным сырьем, 

содержащим  большое  количество  диоксида  кремния,  сульфата  алюминия,  концентрата 

редких  и  редкоземельных  элементов.  Особое  место  занимают  золы  ТЭЦ,  в  которых 

содержание  этих  соединений  сопоставимо  с  их  запасами  в  крупных  месторождения  РФ 

[2]. 

В  составе  зол  условно  можно  выделить  три  группы  веществ  –  стекловидные, 

кристаллические и органические. 

Стекловидная группа по химическому составу сложна и весьма многообразна. Золы 

каменных  и  бурых  углей,  содержащие  до  20  %  СаО,  включают  преимущественно 

ферроалюмо-силикатное  стекло,  в  котором  основные  стеклообразующие  компоненты 

Fe

2

О

3

,  Al

2

O

3

  и  SiO

2

  составляют  80-90  %.  Кристаллическая  часть  зол  представлена  как 

первичными  минералами,  присутствующими  в  углях,  так  и  новообразованными  в 

топочном  процессе.  Наиболее  широко  представлены  магнетит,  гематит,  муллит,  кварц; 

жүктеу/скачать 31,15 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: