Введение к работе
Актуальность темы. Щелочные методы делигнификации древесины и зежце всего сульфатная варка.были и остаются основными- процессами хтучения целлюлозы. Сульфатная варка, обладая рядом неоспоримых эеимуществ, таких как небольшая продолжительность, высокие проч-зстные свойства получаемой целлюлозы, возможность использования эевесины хвойных и лиственных пород, практически полная регенера-4Я варочных химикатов, имеет и некоторые недостатки: образование /рнопахнущих газовых выбросов, низкие по сравнению с сульфитной аркой выход целлюлозы и ее худшая белимость.
Дальнейшее совершенствование сульфатной варки требует углуб-ения знаний о химии процессов щелочной делигнификадаи. Дополни-ельным стимулом для проведения таких исследований является открытие ускоряющего воздействия антрахинона (АХ) на растворение лигни-а при натронной и сульфатной варках.
Изменение функционального состава лигнина - непременный атри->ут его химический превращений, в том числе в реакциях, проте-:аіацих при щелочных варках древесины. Сопоставление функционально->о состава, молекулярной массы, количества отдельных типов связей ти, в более общем смысле, сопоставление строения лигнинов, выде-іенньгх из древесины, черного щелока и небеленой целлюлозы, дает юзможность наиболее полно охарактеризовать взаимодействие лигнина ; варочными реагентами. Перспективной областью химии щелочных ва-эок остается такие изучение изменений структуры и реакционной спо-;обности лигнина в ходе варки во взаимосвязи с изменениями скорос-ги делигнификации.
Настоящая работа выполнена в соответствии с Региональной программой фундаментальных и прикладных исследований по проблеме комплексного использования и воспроизводства лесных ресурсов на 1986-95 годы и государственной программой 2.22 "Разработка технологий комплексной переработки древесного сырья".
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является изучение взаимосвязи между изменениями функционального состава лигнина и скоростью делигнификации хвойной древесины в условиях натронной, натронно-антрахинонной (натронно-АХ), сульфатной и суль-фатно-антрахинонной (сульфатно-АХ) варок.
Для достижения поставленной цели решались следугацие задачи: — изучение функционального состава лигнина, выделенного из щелоков, отобранных на различных стадиях варок еловой щепы;
— анализ изменений скорости делигнификации во взаимосвязи с изм
нениями функционального состава лигнина;
- разработка расчетно-аналитического метода определения межъед
ничных алкиларильных эфирных связей и изучение распределен
этих связей в растворенном и остаточном лигнинах в ходе варки;
— разработка селективного метода определения а-карбонильн
групп лигнина на основе полярографии;
- исследование кинетики и механизма реакции расщепления межзвенн
алкиларилэфирной связи на модельных соединениях лигнина, соде
жащих а-карбонильную группу, в условиях натронно-антрахинонк
варки.
Научная новизна. Установлено, что скорость процесса щелочь делигнификации древесины прямо пропорциональна скорости образоЕ ния в лигнине фенольних гидроксильных групп. Спределено содержаь межьединичных алкипарильных эфирных связей в нативном лигнине и количественное распределение между растворенным и остаточным ль нинами в течение варки. Показано, что существует строгая взаиь связь между количеством расщепляющихся в ходе варки межзвенных г киларильньк эфирных связей и количеством растворяющегося лигнинг
Получены экспериментальные данные, позволяоцие расширить с ществукщие представления о механизме действия АХ при щелочных вг ках. Установлен механизм взаимодействия восстановленной формы А) нефенольными ot-карЄонилсодержащими структурами лигнина; предок» альтернативный вариант редокс-цикла превращений основных стр: турных' компонентов древесины в условиях натронно-АХ варки.
Практическая ценность. Полученные" результаты по исследовав механизма варок с добавкой АХ, свидетельствующие о включение окислительно-восстановительные превращения нефенольных струк лигнина, открывают новые возможности для направленного подбора ; докс-катализаторов щелочной делигнификации древесины. Такие ка1 лизаторы должны обладать способностью селективно окисл а-спиртовыа группы лигнина до карбонильных.
Разработанные методы анализа функциональных групп и свя лигнина, а также усовершенствованные методы синтеза модельных с динений могут быть использованы в практике науч исследовательских учреждений и в учебном процессе.
Апробация работы... Основные положения диссертационной раб докладывались и обсуждались: на 7-ой Всесоюзной конференции по мии и использованию лигнина (Рига, 1987 г.), международной кок ренции "Проблемы окиспительно-восстановительньк превращений коы
ентов древесины" (Архангельск, 1992 г.), 2-ой межпународной науч-ю-технической конференции "Пап-Фор 93" (С-Петербург, 1993 г.), 3re-syniposium ЧЧЕА Modern Methods of Analysis of Vtood, Annual Plants and Lignins" (USA, 1991), 6- и 8-th International Symposium >п Vfood and Pulping Chemistry (Australia, 1991, Finland, 1995), [II European Workshop on Lignocellulosics and Pulp (Sweden, 1994), іаучно-технических конференциях ЛГИ ЦБП (Ленинград, 1989-1991 гг.) л Лесотехнической академии (С-Петербург, 1996).
Публикации. По результатам исследования опубликовано 14 научных работ.
Сб-ьем и структура работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, обсуждения результатов эксперимента, выводов и списка литературы. Работа изложена на 198 страницах машинописного текста, содержит 33 рисунка и 26 таблиц. Библиография содержит 138 наименований .
Автор выносит на защиту;
результаты исследования изменений функционального состава лигнина при щелочной делигнификации хвойной древесины в условиях натронной, натронно-АХ, сульфатной и сульфатно-АХ варок;
данные о количестве межьединичных алкиларильных эфирных связей в нативном лигнине и о распределении этих связей между растворенным и остаточным лигнинами при щелочной делигнификации, полученных на основе разработанного расчетно-аналитического метода;
механизм реакции расщепления р-алкиларильных эфирных связей в нефенольных а-карбонилсодержащих структурных фрагментах лигнина в условиях натронно-АХ варки,'
метод селективного определения аг-карбонильных групп лигнина;
альтернативный вариант редокс-цикла превращений основных структурных компонентов древесины в условиях натронно-АХ варки с участием более представительных нефенольных структур лигнина.