Введение к работе
Актуальность темы: Среди основных задач, стоящих перед современной промышленностью, особую важность приобретает рациональное использование природных ресурсов, создание новых технологий и усовершенствование старых с целью снижения антропогенных воздействий на окружающую среду, возникающих при хозяйственной деятельности человека. Следовательно, актуальной является разработка технологий переработки промышленных отходов, в частпости,окорки древесины, с целью получения из них ценной товарной продукции. Применение водно-щелочного способа экстракции позволяет увеличить выход экстрактивных веществ, содержащихся в коре, до 50%.
Однако внедрение водно-щелочного метода экстракции в дубилыю-эксграктовую промышленность тормозится из-за низкого качества получаемых экстрактов, так как содержание в них балластных веществ, не обладающих дубящей способностью, превышает 50%. Известные способы обработки дубильных экстрактов химическими реагентами не позволяют повысить их доброкачественность до уровня, отвечающего требованиям кожевенной промышленности. Эталоном дубителя, соответствующего ! международным стандартам, принято считать экстракт квебрахо, содержание дубящих веществ у которого варьируется в пределах 63-79%.
Вещества, входящие в состав дубильного экстракта, но не обладающие дубящим действием (нетанниды^по молекулярной массе существенно отличаются от таннидов. С этой точки зрения многообещающим является применение баромембранных методов фракционирования дубильных экстрактов на таннидную и нетаннидную фракцию,-Использование ультрафильтрацин на стадии облагораживания дубильных экстрактов позволит получать экстракты с задаїшьім уровнем качества не-зависимо от состава коры и, тем самым, решить проблему утилизации отходов окорки древесины, перевести ее из разряда потенциального сырья для экстрактовой промышленности в реальное. (Существующие методы экстракции и модификации растворов таннидов не позволяют использовать отходы окорки древесины в экстрактовой промышленности из-за содержащейся в них в значительном количестве древесины в виде "отщепа", что приводит к увеличению и без того большого содержания нетаннидов.)
Актуальным является применение мембранной технологии не только для повышения доброкачественности дубильных экстрактов, но и для регенерации отработанных дубильных растворов на кожевенных предлриятиях, содержание дубящих веществ п которых может доходить до 9.5+36.5 г/л. Возвращение таннидов в производственный процесс затруднено в связи с большим содержанием в отработанных растворах веществ нстаннидной природы, в том числе белковых и минеральных веществ, доля которых возрастает в процессе дубления.
Кроме того, танниды относятся к веществам, трудноокисляемым биохимическими методами. В отработанных дубильных растворах наряду с ними содержится сравнительно много веществ^ неподдающихся биологическому распаду. Поэтому установлено, что при
сбросе очищенных сточных вод в водоемы рыбохозяйственного значения 11ДК таких веществ должно быть ниже 10 мг/л.
Одним из основных путей уменьшения поступления таннидов в сточные воды по существующей технологии является смешивание отработанных дубильных растворов с отработанной зольной жидкостью, что приводит к высаливанию большей части таннидов, содержащихся в сточных водах. В данном случае возникает новая проблема утилизации выпавшего осадка - танната кальция. Регенерация последнего, процесс достаточно сложный и не решает проблему в целом, поскольку возникает необходимость в утилизации (новых) других компонентов, образующихся по ходу этого процесса. Следовательно, перспективными могут быть только те методы регенерации таннидов из отработанных дубильных растворов, которые не приводят к образованию побочных продуктов.
Таким образом, необходимость исследования возможности использования мембранной технологии для облагораживания растительных экстрактов и регенерации отработанных таннидсодержащих растворов очевидна.
Работа выполнена в рамках республиканской программы "Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья".
Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка научно-обоснованных методов облагораживания дубильных экстрактов и регенерации отработанных таннидсодержащих растворов, позволяющих с минимальными затратами повысить доброкачественность дубильных экстрактов до уровня мировых стандартов, внести существенный вклад в решение проблемы утилизации отходов окорки древесины и разработки замкнутого цикла водопотребления в процессе дубления и снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
установить возможность применения мембранной технологии для облагораживания растительных дубильных экстрактов, и _. регенерации отработанных таннидсодержащих растворов;
изучить влияние технологических факторов на качество получаемых концентратов в процессе ультрафильтрации, найти оптимальные условия процесса облагораживания;
провести испытания кожевенно-технологических свойств полученных облагороженных экстрактов;
- разработать технологию производства дубильных экстрактов с получением продукта
с заданными свойствами и провести технико-экономическое обоснование разработки;
- разработать рекомендации по регенерации отработанных таннидсодержащих
растворов кожевенных предприятий, ведущие к сокращению объема высокотоксичных
сточных вод.
Научная новизна. Показана возможность применения ультрафильтрации для облагораживания дубильных экстрактов и регенерации отработанных растворов; предложено уравнение, описывающее процесс ультрафильтрации; изучено влияние
азличных факторов (концентрации сухих веществ в растворе, рН, продолжительности роцесса концентрирования) на качество получаемых экстрактов. Изучено изменение эстава экстрактов в процессе ультрафильтрации; показано, что при ультрафильтрацни ОЕЫшенне .доброкачественности растворов идет как за счет ситового механизма, так и за їєт конденсационных процессов на динамической мембране; предложена оригинальная етодика определения молекулярно-массового распределения веществ экстракта в щелочной реде.
Полученные результаты являются основой для разработки технологии производства астительньгх экстрактов с заданными свойствами из отходов окорки древесины (коры нственницы).
Практическая значимость. По результатам исследования проведена наработка пытных партий растительных дубителей, облагороженных методом ультрафильтрации, спытания кожевенно-технологических свойств которых провели на УНПК "Эком" при СГТУ г. Улан-Удэ. Экстракты испытывали в качестве дубильного агента как на стадиях одубливания кож верха обуви, так и растительного дубления кож низа обуви. Получены оложительные результаты, которые подтверждены соответствующими актами. Разработана гхнология производства дубильных экстрактов с заданными свойствами и рекомендации по недрению мембранного метода облагораживания в технологический процесс производства астителыгых экстрактов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-рактических конференциях.
Конференция, посвященная .65-летию со дня рождения M.D. Мохосоева (БНЦ СО АН), г. Улан-Удэ, 20-21 января 1997 г.
Научно-практическая конференция "Достижения науки и техники - развитию города Красноярска", 22 - 24 октября г. Красноярск, 1997.
IUFRO Merdivisional Symposium "Larix -98: World Resources for Breeding, Resistance nd Utilization", September 1-5,1998, Krasnoyarsk, Siberia, Russia.
- Конференции Сибирского государствеиного технологического университета по
тогам научно-исследовательских работ 1995-1998 годов.
Публикации: по матери&зам диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, іетодической части, экспериментальной части, выводов, библиографии, состоящей из 118 аименований, приложений. Работа выполнена на 166 страницах машинописного текста, ключая 13 рисунков и 37 таблиц.