Введение к работе
Актуальность работы. В процессе производства риса образуется значительное количество рисовой лузги (ежегодно в мире подлежи! утилизации свыше 80 млн. т), утилизация которой представляет серьезную проблему для рисосеющих районов. Незначительная ее часть находит применение в сельском хозяйстве, а также в качестве фильтрующего средства, упаковочного материала, топлива, в производстве стекла и кварца, огнеупоров. В России промышленное использование лузги, в основном, сводится к переработке ее в гидролизном производстве, однако при этом образуется лигнин, проблема утилизации которого, на сегодняшний день, не решена. Это весьма актуально для Краснодарского края, который является основным производителем российского риса.
Решение проблемы использования рисовой лузги и ее гидролизного лигнина в качестве сырья для получения чистых материалов на основе диоксида кремния позволяет решить сразу две проблемы: экологическую, за счет утилизации труднореализуемого отхода рисопронзводящих предприятий, и получения высокочистых веществ низкой стоимости. Технология переработки рисовой лузги и лигнина, в свою очередь, складывается из двух основных процессов: очистки сырья и утилизации отходов, выделяющихся в процессе его переработки.
Одной из важнейших стадий такой технологии является высокотемпературный обжиг сырья в специальной среде (хлороводород, хлор, фосген и т.д.),-сопровождающийся выделением большого количества газообразных соединений в процессе разложения органической составляющей лузги и летучих неорганиче- -' скнх соединений. Имеющиеся литературные данные о составе газовой фазы продуктов пиролиза носят весьма отрывочный характер, а во многих случаях (применение смешанных и других сред в процессе пиролиза) такая информация
полностью отсутствует. Не изучены также состав, свойства и соотношение продуктов (газообразных), образующихся при различных условиях пиролиза, влияние на выход этих продуктов различных катализирующих добавок.
Цель работы. Целью настоящей работы являлось установление термодинамических и кинетических закономерностей газофазных процессов, протекающих при термолизе рисовой лузги и ее гидролизного лигнина. В соответствии с этим в работе решались следующие задачи:
определение состава и свойств газообразных продуктов термодеструкции, изучение процессов термического разложения исследуемых материалов, установление их температурных пределов и закономерностей выделения отдельных продуктов;
исследование кинетических закономерностей и динамики процессов выделения продуктов термодеструкции рисовой лузги и ее гидролизного лигнина;
термодинамическая и экспериментальная оценка возможности протекания газотранспортных реакций в системах Si02-C-MesOy (Me - Ті, Al, Cr, Mn, V, Fe) в специальных средах (атмосфере хлора, фосгена, хлороводорода и четырех-хлористого углерода);
- исследование влияния катализирующих добавок на процесс термодест
рукции рисовой лузги и ее гидролизного лигнина и выход образующихся газооб
разных продуктов.
Научная новизна работы. В ходе выполнения работы получены данные по составу образующихся продуктов и характеру газотранспортных реакций, протекающих в процессе термодеструкции рисовой лузги и ее гидролизного лигнина в зависимости от условий ее проведения. Для идентификации продуктов, выделяющихся в процессе термодеструкции, предложена схема, основанная на общих закономерностях фрагментации членов гомологических рядов. По результатам трех независимых методов идентификации - машинный поиск по каталогу масс-спектров, спектров ионных серий гомологических рядов и хроматографическим индексам удерживания - в составе продуктов термодеструкции идентифицировано - 40 индивидуальных алифатических, ароматических, кислородсодержащих и полициклических органических соединений.
Изучены термодинамические закономерности (теоретически и экспериментально) газотранспортных реакций в системах Si02-C-MeiOy, определены температурные интервалы максимального извлечения металлов в виде их хлоридов из силикатно-угольной основы. На основе этих данных оптимизированы условия для получения очищенного карбонизованкого диохсида кремния (или диоксида кремния) из рисовой лузги и ее гидролизного лигнина. Для изучения кинетических закономерностей газофазных реакций термичесхого разложения рисовой лузги предложен метод расчета параметров формальной кинетики по данным неизотермической пиролитической газовой хроматографии.
Исследована динамика выделения отдельных продуктов разложения орга-
4'.
нической части рисовой лузги и гидролизного лигнина, .'.устаирвлен характер влияния катализирующих добавок на процесс термолиза. '
Практическая значимость работы. Результаты работы дополнили сведения о процессах термодеструкции основных компонентов растительной ткани - целлюлозы и лигнина, а также расширили возможности методической базы исследования термолитических процессов.
Получецные данные использованы при разработке способа производства кремния солнечного класса из рисовой лузги и оптимизации режимов максимальной очистки сырья для получения кремния.
Сведения о составе выделяющихся в процессе термолиза продуктов могут быть использованы при разработке технологических схем промышленной утилизации рисовой лузги и лигнина ее гидролизной переработки.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждены на 7-й Всесоюзной конференции по химии и использованию лигнина (Рига, 1987), межреспубликанской конференции молодых ученых "Исследования в области химии древесины" (Рига, 1988); Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды "Экоаналитика-96" (Краснодар, 1996).
Публикации. По содержанию диссертационной работы опубликовано 9 статей и одки тезисы доклада.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 118 страницах, включает 18 таблиц, 27 рисунков и состоит из введения, двух основных глав, выводов, списка литературы из 127 наименований.
