Введение к работе
Актуальность темы. Проблема рационального природопользования тесно связана с задачей утилизации промышленных отходов. Использование технических лигносульфонатов (ЛС) - одно из основных условий при создании современной технологии получения целлюлозы сульфитным способом. Для расширения областей применения и увеличения объемов сбыта технических ЛС необходимо чтобы они обладали стабильными и высокими потребительскими свойствами. Поэтому совершенствование технологии сульфитного производства должно быть направлено на улучшение показателей как целлюлозы, так и получаемых лигносульфонатов.
Потребительские свойства лигносульфонатов в значительной мере зависят от их поверхностной активности. В связи с этим изучение изменения поверхностно-активных свойств ЛС в процессе делиг-нификации древесины, а такне в зависимости от модификации варки, разработка способов оценки и регулирования потребительских свой'ств лигносульфонатов будет способствовать созданию экологически надежной технологии получения целлюлозы сульфитным способом.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение закономерностей ."формирования поверхностно-активных свойств лигносульфонатов в процессе делигнификации древесины, в зависимости от вида сульфитной варки, при последующих физико-химических воздействиях и разработка способов стабилизации, улучшения и оценки потребительских свойств технических лигносульфонатов.
Задачи исследования сводились к следующим:
изучить закономерности изменения поверхностной активности и адсорбционного поведения лигносульфонатов в процессе сульфитной делигнификации древесины;
выявить влияние различных модификаций сульфитной варки на поверхностную активность получаемых лигносульфонатов;
исследовать влияние природы твердой поверхности на способность лигносульфонатов адсорбироваться из растворов;
разработать способы регулирования поверхностной активности технических лигносульфонатов путем изменения внешних условий и в процессе щелочного гидролиза;
установить характеристики, на основе которых можно прогно-
зировать потребительские свойства технических лигносульфонатов.
Научная новизна. Показано, что в процессе сульфитной делиг-нификации древесины изменение структуры молекул лигносульфонатов приводит к повышению их поверхностной активности и способности сорбироваться на твердой фазе. Независимо от вида сульфитной варки наибольшей поверхностной активностью обладают лигносульфонаты от варок с выходом целлюлозы 50-60. Установлена взаимосвязь между выходом волокнистого полуфабриката, содержанием в нем лигнина и максимальной депрессией поверхностного натяжения, поверхностной активностью и величиной максимальной адсорбции лигносульфонатов на твердой фазе. На примере адсорбции ЛС из растворов на каолине, активированном угле и кварцевом песке выявлено влияние природы поверхности твердого тела на характер адсорбционного процесса. При изучении влияния внешних факторов показано, что повышение ионной силы раствора (до 0,05М NaCl), температуры (от 20 до 50С) и снижение рН среды (от 10,5 до 1,6) приводит к росту поверхностной активности лигносульфонатов. Установлено, что изменение гид-рофильно-олеофильного соотношения молекул ЛС в процессе щелочного гидролиза позволяет регулировать их поверхностно-активные свойства.
Практическая значимость работы. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы для разработки способов стабилизации и улучшения показателей качества технических лигносульфонатов в целях повышения эффективности их применения как поверхностно-активных добавок. На основе сравнительного анализа поверхностно-активных свойств технических лигносульфонатов показано, что выход древесного остатка может выступать в качестве ориентировочного критерия при прогнозировании эффективности их применения как диспергаторов и стабилизаторов дисперсных систем. Предложены способы регулирования поверхностно-активных свойств ЛС, основанные на изменении внешних условий и модифицировании химической структуры в процессе щелочного гидролиза.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 6-ой межреспубликанской школе-семинаре (Рига, 1991), па Международной конференции "Проблемы окислительно-восстановительных превращений компонентов древесины" (Архангельск, 1992) и на Всероссийском совещании " Лесохимия и органический синтез" (Сыктывкар, 1994).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ. Автор выносит на защиту:
закономерности формирования поверхностно-активных свойств лигносульфонатов в процессе делигнификации древесины ели;
возможность прогнозирования потребительских свойств технических лигносульфонатов при их применении в качестве поверхностно-активных- добавок на основе выхода древесного полуфабриката и содержания в нем лигнина;
особенности формирования адсорбционных слоев технических лигносульфонатов при изменении температуры, рН среды и ионной силы раствора;
результаты исследования адсорбционной способности технических лигносульфонатов на твердых поверхностях с различной природой;
метод регулирования поверхностной активности технических лигносульфонатов путем щелочного гидролиза.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, содержащей 5 разделов, общих выводов, списка использованной литературы, содержащего 132 источника. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков и 11 таблиц.