автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Разработка технологии получения наносорбента на основе отходов переработки древесины

КОСАРЕВ Константин Леонидов»

рукописи

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

005541892

Москва - 2013

005541892

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет леса» (ФГБОУ ВПО МГУЛ)

Научный руководитель: Кононов Георгий Николаевич,

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Угрюмов Сергей Алексеевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет», заведующий кафедрой лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств

Чекунин Дмитрий Борисович,

кандидат технических наук, Научно-исследовательский институт филиал ФГУП «Гознак», старший научный сотрудник

Ведущая организация: ОАО «Центральный научно-исследова-

тельский институт бумаги»

Защита состоится «20» декабря 2013г. в 10® часов на заседании диссертационного совета Д 212.146.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» по адресу: 141005, Московская область, Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса».

Автореферат разослан « » Я 2013г.

Ученый секретарь

диссертационного совета: ^ J Рыбин Борис Матвеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. При существующем уровне технологий в отходы переходит значительная часть заготавливаемого древесного сырья. Эти отходы можно рассматривать как перспективное вторичное сырьё, пригодное для дальнейшей переработки и получения на его основе высококачественной экологически чистой продукции.

В настоящее время отходы механической, химико-механической и химической переработки древесины до сих пор не находят должного применения. В большинстве случаев их используют в качестве топлива, поэтому разработка технологических процессов переработки отходов возобновляемого растительного сырья является актуальной.

Гетерокапиллярная структура древесины с её развитой внутренней поверхностью сохраняется в отходах её переработки, что позволяет использовать эти отходы в качестве сорбционных материалов различного назначения. Этот факт и определил выбор темы настоящего диссертационного исследования.

Данная работа выполнялась при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках государственного контракта № 16.522.12.2010, заключенного между Министерством образования и науки РФ и ООО «БИОВЕТ-ФЕРМЕНТ» по мероприятию 2.2 федеральной целевой программы: «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы».

Степень разработанности проблемы. Применение сорбентов на основе вторичного древесного сырья в экологических, промышленных и медицинских целях хорошо известно и продолжает активно изучаться. Проблемами получения сорбентов на основе отходов переработки древесины занимались Леванова В .П., Холькин Ю.И., Чудаков М.И., Кузнецов Б.Н., Кононов Г.Н., Далимова Г.Н., и др.

Большинство разработанных технологий подразумевают использование дорогостоящих и часто экологически небезопасных реагентов, сопряжено с высокими энергозатратами, а иногда приводит к образованию большого количества вторичных отходов. О чём свидетельствует значительное, постоянно увеличивающееся количество невостребованных промышленностью отходов дере-вопереработки.

Цель работы: Разработать экологически безопасную, малоотходную технологию получения наносорсзнта на основе отходов переработки древесины.

Основные задачи исследования:

- Анализ проведённых ранее исследований касающихся вопросов получения сорбционных материалов на основе отходов переработки древесины;

- Выбор наиболее подходящего сырья и методов его обработки;

- Подбор оборудования для обработки исходного сырья;

- Исследование влияния режимов обработки сырья на изменение физико-химических и структурных характеристик получаемого полупроду-

кта для производства наносорбента;

- Подбор оптимальної о состава и выбор товарной формы разрабатываемого наносорбента;

- Разработка технологической схемы и подбор аппаратурного оформления для производства наносорбента;

- Исследования свойств образцов наносорбента полученных по разработанной технологии

Объект исследования отходы механической и химической переработки древесины.

Предмет исследования методы технологического воздействия на отходы переработки древесины, с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции.

Методология и методы исследования.

Экспериментальные исследования представленные в работе проведены с применением методов факторного планирования эксперимента, с использованием современного оборудования и приборов. Обработка экспериментальных данных проводилась при помощи ЭВМ с использованием современных графических и вычислительных программ.

Научная новизна

- Впервые, в качестве материала для получения наносорбента был использован отход механо-химической переработки древесины выдержанный в отвале более 10 лет.

- Впервые, для механоактивации отходов деревопереработки в рамках настоящей работы было использовано специальное оборудование - вихревая импеллерная мельница (ВИМ), обеспечивающая щадящий режим механоактивации;

- Для переработки древесных отходов в наносорбент разработана новая технология их механоактивации и микрогранулирования.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретически обоснована и практически доказана возможность применения накопленных за долгое время, отходов переработки древесины, в качестве перспективного сырья для получения высококачественной и экологически чистой продукции.

Проведённые исследования позволили создать энтеросорбент нового поколения, который обладает высокой сорбционной способностью по отношению к наиболее распространенным на территории нашей страны видам микотокси-нов. При этом, разработанный наносорбент является уверенным конкурентом импортным аналогам, существующим сегодня на рынке, как по эффективности применения, так и по цене.

Основные результаты диссертационной работы внедрены на опытном производстве ООО «БИОВЕТ-ФЕРМЕНТ» (пос. Правдинский М.О.).

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- Результаты экспериментальных исследований влияния режимов обработки на изменение физико-химических и структурных характеристик отхода переработки древесины;

- Математическая модель, описывающая влияние компонентного состава разработанного наносорбента на его сорбционные свойства;

- Результаты исследования свойств комплексного наносорбента, полученного по разработанной технологии;

- Разработанная технологическая схема производства наносорбента.

Степень достоверности. Получение экспериментальных результатов основано на использовании приборов, прошедших метрологическую поверку. Воспроизводимость и повторлемость экспериментов оценена путем статистической обработки. Достоверность теоретических решений проверена сравнением с экспериментальными результатами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на:

- научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов МГУЛ по итогам научно исследовательской деятельности за 2012 год (г. Мытищи, МГУЛ);

- II международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» в 2013 г. (г. Кострома, КГТУ);

Соответствие диссертации паспорту специальности. Основные результаты диссертационной работы соответствуют п. 2 «Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты обработки, с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции» из паспорта специальности 05.21.05 - «Древесиноведение, технология и оборудование деревопере-работки».

Личное участие автора. Личный вклад автора диссертации проявился в работах, посвященных исследованию процессов механоактивации отходов переработки древесины, а также в решении теоретических и прикладных вопросов работы, разработке методик проведения экспериментов, анализе полученных результатов и их использовании при разработке технологии получения наносорбента на основе отходов переработки древесины.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, из них три в журналах, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВАК РФ».

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы (162 наименования отечественной и зарубежной литературы) и 4 приложений. Работа изложена на 163 страницах, включает 23 таблицы и 40 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации, сформулированы цель, задачи, научная новизна и практическая значимость, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор отечественной и зарубежной литературы, проведен критический анализ исследований в области получения сорбци-онных материалов на основе отходов переработки древесины.

Анализ, проведённых ранее, исследований позволяет сделать вывод, что отходы переработки древесины целесообразно использовать в составе комплексных сорбентов, в качестве сорбента-носителя для других сорбционных систем как органической, так и минеральной природы.

Во второй главе проведён выбор сырья и обоснованы отдельные технологические решения.

В качестве материала для получения сорбента-носителя были рассмотрены древесина и продукты её частичного химического разрушения целлолигнин и гидролизный лигнин. Из всех рассмотренных материалов гидролизный лигнин обладает наиболее развитой капиллярной структурой, но его использование сильно осложнено присутствием большого количества адсорбированной серной кислоты.

С целью устранения негативного влияния адсорбированной кислоты в качестве основного сырья для получения комплексного наносорбента предложено использовать гидролизный лигнин, пролежавший на открытых площадках (отвалах) около 10-15 лет - «выдержанный» гидролизный лигнин.

За длительное время хранения происходит естественное разрушение примесей в составе гидролизного лигнина и его промывка атмосферными осадками, в результате этого исчезает его кислотность и снижается содержание примесей углеводного и фенольного характера. Гидролизный лигнин проходит естественную медленную трансформацию, с участием минеральных примесей и ограниченного количества микроорганизмов, способных использовать остаточную целлюлозу и лигногуминовые вещества в качестве питательных сред.

При этом, частицы гидролизного лигнина, в большинстве своём, сохраняют анатомическую гетерокапиллярную структуру исходной древесины, и включают большое количество наноразмерных пустот.

Использование такого сырья позволяет избежать стадии предварительной подготовки (нейтрализации свободной кислоты и промывки для удаления низкомолекулярных продуктов) и предполагает возможность использования материала, прошедшего стадию естественного модифицирования.

Предварительную подготовку «выдержанного» гидролизного лигнина предложено проводить на установке сушки и измельчения АС-4. Такая обработка является необходимой стадией технологического процесса, она позволяет стабилизировать гранулометрический состав и влажность исходного сырья, облегчая, тем самым, проведение последующих технологических операций.

Анализ влияния различных методов обработки на структуру гидролизного лигнина показал, что наиболее приемлемым методом является механоакти-вация в специально подобранных аппаратах.

Предварительно проведённые исследования показали непригодность для этой цели оборудования, традиционно используемого для размола древесного сырья.

Механоактивацию «выдержанного» гидролизного лигнина предложено осуществлять на специально разработанной для этих целей вихревой-импеллерноймельнице (рисунок!).

Рисунок 1 - Функциональная схема вихревой-импеллерной мельницы (ВИМ)

Отличительной особенностью данного оборудования является специальная конструкция помольной камеры, обеспечивающая активацию обрабатываемого материала не только за счёт ударов и самоистирания, а также за счёт наружных и внутренних пульсаций давления с частотой до 30 кГц. Конструкция аппарата позволяет получать частицы гидролизного лигнина размером 100 мкм и меньше.

В качестве сорбента-носителя для получения комплексного наносорбента предложено использовать механоактивированный «выдержанный» гидролизный лигнин.

Для улучшения сорбционных свойств комплексного наносорбента предложено модифицировать сорбент-носитель минеральными и органическими добавками. В качестве минеральной добавки использована механоактивирован-ная бентонитовая глина, основным компонентом которой является известный своими сорбционными свойствами минерал, монтмориллонит. В качестве органической добавки предложено использовать механоактивированную биомассу кормовых дрожжей, сорбционные свойства которой обеспечиваются за счёт, биополимеров входящих в состав клеточной стенки дрожжей.

Для упрощения технологического процесса, обработку всех видов сырья целесообразно проводить на однотипном оборудовании.

Таким образом, в основу разрабатываемой технологии положен экологически чистый процесс механоактивации, компонентов комплексного наносорбента, реализуемый на вихревой-импеллерной мельнице.

Во третьей главе описаны материалы и методики исследований. В экспериментальных исследованиях использован гидролизный лигнин с отвала Кировского БиоХимЗавода, предварительно высушенный и измельчённый на установке АС-4-1000. Механоактивированная биомасса кормовых дрожжей и

о предйарительно измельченный гидролизный лигнин ¡Г<7У о Воздух из помещения — лигнин

тёплый (¡лажный Ьаздух

механоактивированная бентонитовая глина получены с применением вихревой-импеллерной мельницы на опытном производстве ООО «БИОВЕТ-ФЕРМЕНТ».

При изучении процессов механоактивации «выдержанного» гидролизного лигнина и проведении исследований свойств полученного комплексного нано-сорбента использованы как стандартные аналитические методики, содержащиеся в ГОСТ и ТУ, так и ряд оригинальных методик специально разработанных для выполнения данной работы.

В четвёртой главе представлены результаты экспериментальных исследований процесса механоактивации отходов переработки древесины. Предварительные исследования механоактивации были проведены на таких отходах переработки древесины как опилки, целлолигнин и гидролизный лигнин. По ряду полученных характеристик в качестве основного объекта исследований был выбран «выдержанный» гидролизный лигнин.

Предварительно измельчённый и высушенный «выдержанный» гидролизный лигнин представляет собой сыпучую крупнодисперсную массу коричневого цвета, с незначительными включениями не полностью гидролизованных древесных опилок. Химический анализ показал отсутствие свободной серной кислоты в «выдержанном» гидролизном лигнине, вследствие многолетнего вымывания её атмосферными осадками при открытом хранении последнего.

После проведения механоактивации «выдержанный» гидролизный лигнин представляет собой лёгкий мелкодисперсный порошок коричневого цвета, однородной консистенции.

Средний размер его частиц, в зависимости от выбранного режима механоактивации, уменьшается почти в 10 раз по сравнению с предварительно измельчённым и высушенным образцом. После проведения механоактивации размер самых крупных частиц «выдержанного» гидролизного лигнина не превышал 100 мкм.

Данные анализа зависимости гранулометрического состава от интенсивности механоактивации свидетельствуют о планомерном увеличении объёмов фракции частиц с размерами от 20 до 90 мкм при увеличении интенсивности воздействия на обрабатываемый материал. Количество же мелких частиц (менее 20 мкм) при этом снижается примерно на 20 %, что свидетельствует об их агрегации, предположительно за счёт физико-химических процессов конденсации микроструктур гидролизного лигнина инициированных точечными градиентами температур и давлений, и появлением поверхностных зарядов в размалываемом материале.

На основании проведенных экспериментов по установлению влияния количества циклов механоактивации на изменения гранулометрического состава гидролизного лигнина, был сделан вывод о нецелесообразности проведения механоактивации в несколько циклов, т.к. изменения гранулометрического состава незначительны, а затраты энергии слишком велики.

Результаты исследований по изучению влияния режимов обработки «выдержанного» гидролизного лигнина на некоторые его физико-химические характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Изменение физико-химических характеристик образцов «выдержанного» гидролизного лигнина в зависимости от режимов обработки_

й Режим обработки образца Физико-химические характеристики образцов «выдержанного» гидролизного лигнина

Я 8 о, ю о % >А Н О Содержание веществ экстрагируемых (% в пересчёте на абсолютно сухое вещество) N Ё И п

1 И водой спиртобен-зольной смесью « о я ч о «

1 Предварительная сушка и измельчение на установке АС-4-1000 7,76 11,48 6,93 4,75

2 В і*-* 0> <Я 3 я й м О, я « Он — ю а 0 5 нн О 3 о" ^ о — я 3 5 и о< 5 1 е 3- 4000 6,08 10,47 6,10 5,62

3 5000 4,80 9,97 6,24 5,63

4 1 І | 8 "3 1 «г* га о г с. 6000 4,64 9,02 7,2 6,19

Как и следовало ожидать, влажность образцов пропорционально снижается с увеличением интенсивности размола.

Достаточно сильное снижение кислотности препарата механоактивиро-ванного лигнина почти до нейтральной среды водной вытяжки (рН = 6,19) является чрезвычайно ценным, с точки зрения его дальнейшего применения.

Этот эффект может быть связан также с возможностью блокирования гидрофильных фенольных гидроксилов в результате процессов конденсации лигнина с образованием гидрофобных простых эфирных связей, приводящих к некоторому увеличению веществ растворимых в спиртобензоле, а также декар-боксилированию сильно гидрофильных карбоксильных групп остаточных углеводов, о чём свидетельствует повышение рН.

В ходе изучения структуры механоактивированного «выдержанного» гидролизного лигнина методом сканирующей электронной микроскопии было

определено, что даже при достаточно интенсивном размоле его частицы частично сохраняют анатомическую структуру исходной древесины (рисунок 2).

а б

Рисунок 2 - Частица механоактивированного гидролизного лигнина при различном увеличении; а -700х; б - 3000х

В процессе механоактивации «выдержанный» гидролизный лигнин приобретает повышенную гидрофобность и сильно электризуется за счёт приобретения избыточного поверхностного заряда его частицами, что в дальнейшем, может положительно сказываться на его сорбционных свойствах.

Изучение структуры исследуемого материала методом сорбции молекулярного азота показало, что изменения после проведения механоактивации характеризуются, как значительным увеличением суммарного объёма небольших наноразмерных пустот диаметром 4-6 нм, так и некоторым снижением объёма нанопористых образований диаметром от 10 до 100 км. При этом общий объём пустот, наноразмерной группы, остаётся практически неизменным, либо снижается незначительно.

Наибольшее количество наноразмерных пустот имеет диаметр близкий к 20 нм, который соответствует среднему диаметру целлюлозных микрофибрилл, разрушенных в процессе гидролиза и образовавших эти пустоты.

Результаты полученные при изучении зависимости структурных и сорбционных характеристик образцов «выдержанного» гидролизного лигнина от режима обработки, представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Зависимость структурных и сорбционных характеристик образцов «выдержанного» гидролизного лигнина от режима обработки_

Характеристики и их значение

№ образца Режим обработки образца Средний диаметр частиц (мкм) Общая удельная поверхность (м2/г) Внутренняя удельная поверхность (м2/г) Общий объём наноразмерных пустот (см3/г) Средний диаметр наноразмерных пустот (нм) Общий объём капилляров определённый по сорбции воды (см3/г) Сорбционная способность по метиленовому синему (мг/г)

1 Предварительная сушка

и измельчение на установке АС-4-1000 161,7 11,14 5,54 0,031 23,53 2,32 83

2 і Я I З. а Я га я Я 4000 14,0 10,58 4,17 0,025 19,48 1,29 95

3 ° ас 5 ° £ 3 « 5 га О 3 Я "О 5000 16,8 10,79 5,33 0,032 20,68 1,21 215

Р & *> а е & ТО ^ о

4 <0 О д Й а * Д м о Г а га Я 2 я я 6000 19,8 11,16 4,53 0,030 19,75 1,77 134

Из таблицы 2 видно, что для всех исследованных образцов характерно наличие заметного объема наноразмерных пустот и значительной внешней поверхности.

После проведения механоактивации суммарный объем капилляров в структуре механоактивированного «выдержанного» гидролизного лигнина, определённый методом водопоглощения, заметно снижается, однако большую часть этого объёма представляют не сорбционные наноразмерные пустоты, а капилляры с радиусами более 0,1 мкм. Такие изменения структуры материала способствуют увеличению доступности сорбционных нанопористых образований, при сохранении достаточного количества крупных капиллярных пространств первого порядка, обеспечивающих транспортную функцию.

Наблюдаемые изменения структуры материала, наряду с обогащением его поверхности активными центрами, способствуют значительному увеличению сорбционной способности (до 215 мг/г по метиленовому синему). Такой высокий результат обуславливается скорее хемосорбцией, чем Ван-дер-Ваальсовым взаимодействием.

Полученный в оптимальном режиме (скорость вращения ротора ВИМ 5000 мин"1) механоактивированный «выдержанный» гидролизный лигнин может быть использован в качестве высокоэффективного сорбента-носителя для сорбционных систем различного характера.

Известно, что сорбенты состоящие из нескольких тонкодиспергирован-ных компонентов, могут проявлять значительно большую сорбционную активность, за счёт проявления синергетического эффекта.

Комплексные наносорбенты, на основе механоактивированного «выдержанного» гидролизного лигнина, могут быть использованы для очистки питьевых и сточных вод, для извлечения ионов тяжёлых металлов из многокомпонентных растворов, в качестве энтеросорбентов для выведения токсинов из организма животных и человека.

В пятой главе рассмотрен один из возможных вариантов применения комплексного наносорбента на основе механоактивированного «выдержанного» гидролизного лигнина. Его применение для профилактики микотоксикозов сельскохозяйственных животных.

С целью достижения оптимальных сорбционных свойств комплексного наносорбента для его применения в сельском хозяйстве, изучена сорбционная способность как отдельных его компонентов, так и их смесей по отношению к основным микотоксинам, наиболее распространённым на территории нашей страны: охратоксин А (ОТА), Т-2 токсину (Т-2), дезоксиневаленолу (ДОН) и зеараленону.

На основании экспериментальных данных получены зависимости, описывающие взаимосвязь сорбционных свойств наносорбента, в отношении основных микотоксинов, и его компонентного состава.

Гота = 210-х + 558-у + 204-z + 744-х-у + 316-x-z - 244-yz + 2115-xyz (1) Гт2 = 295-х + 199-у + 63-z + 40-x-y-324-x-z + 28y-z + 2883-x-y-z (2)

Гдон = 593-х + 253-у + 199-z + 608-х-у + 992-x-z + 1544-y-z- 828-x-y-z (3) Гзеараленон = 633-х + 610-у + 915-z + 358'Х'у + 468'X'Z + 582-y-z- 2901 -x-yz (4) где

Г - сорбционная способность в отношении определённого токсина, (мкг/мг);

х - содержание механоактивированного «выдержанного» гидролизного лигнина, выраженное в долях единицы;

у - содержание механоактивированной биомассы кормовых дрожжей, выраженное в долях единицы;

г - содержание механоактивированной бентонитовой глины, выраженное в долях единицы.

С помощью полученной математической модели установлено, что наибольшей сорбционной способностью в отношении исследованных микоток-синов обладает состав содержащий:

60% - механоактивированного гидролизного лигнина;

30% - механоактивированной биомассы кормовых дрожжей;

10% - механоактивированной бентонитовой глины.

Экспериментальное определение сорбционной способности вышеуказанного состава показало хорошую сходимость теоретических и экспериментальных данных. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Сравнение сорбционной способности, наносорбента оптимального состава, определённой расчётным путём и экспериментально_

Сорбируемый токсин Сорбционная способность (мкг/мг) наносорбента оптимального компонентного состава, определённая Расхождение между расчётными и экспериментальными данными (%)

расчётным путём экспериментально

Т-2 токсин 283,5 302 6,52

Охратоксин А 497,4 452 9,13

Дезоксиневаленол 652,0 649 0,46

Зеараленнон 677,3 780 15,21

Как видно из таблицы 3 наносорбент оптимального компонентного состава позволяет эффективно сорбировать как гидрофильные, так и гидрофобные микотоксины.

Получаемый наносорбент представляет собой мелкодисперсный и сильно «пылящий» порошок. Для предотвращения пыления, и обеспечения удобства хранения и работы с полученным продуктом, сорбенту необходимо придать форму гранул. Для этого в составе разрабатываемой технологии предусмотрена операция гранулирования комплексного наносорбента.

На основании теоретических расчётов определён оптимальный размер гранул (0,2-0,8 мм).

В лабораторных условиях установлено, что типовое оборудование для гранулирования не пригодно для получения продукта с заданными размерами частиц, т.к. гранулометрический состав получаемого продукта крайне разнороден, из-за чего его невозможно равномерно дозировать. Кроме того, в состав

гранул приходилось вводить до 40% дополнительных связывающих компонентов, значительно снижающих сорбционные свойства получаемого продукта.

Для получения микрогранул требуемого размера предложено использовать установку микрогрануляции, работающую по принципу псевдоожиженно-го слоя.

В качестве связующего использована натриевая соль карбоксиметилцел-люлозы, в количестве не более 5 % от массы готового продукта. Её применение обеспечивает гранулам достаточную прочность, хорошую разрушаемость в водных средах и практически не влияет на сорбционные свойства комплексного наносорбента при получении его гранулированной формы.

Таким образом оптимальной товарной формой комплексного наносорбента, для его применения в сельском хозяйстве, являются микрогранулы, размером 0,2-0,8 мм, содержащие в своём составе (в пересчёте на абсолютно сухое вещество) механоактивированный «выдержанный» гидролизный лигнин - 60 масс, частей, механоактивированная биомасса кормовых дрожжей 25 масс, частей, механоактивированная бентонитовая глина 10 масс, частей, Na-КМЦ 5 масс, частей.

Для получения комплексного сорбента разработана технологическая и аппаратурная схемы. Технологическая схема включает в себя три технологических процесса (ТП) и предусматривает возможность постоянного контроля качества продукта на всех стадиях его производства.

Технологический процесс №1 предназначен для получения сухого измельченного гидролизного лигнина. Процесс является необходимой стадией подготовки «выдержанного» гидролизного лигнина к последующей механоактивации Процесс основан на его переработке на установке АС-4-1000.

Технологический процесс №2 предназначен для получения комплексного наносорбента для предотвращения микотоксикозов у сельскохозяйственных животных. Процесс производства основан на переработке растительного и минерального сырья. Основными технологическими операциями являются: меха-ноактивация и микрогрануляция компонентов комплексного наносорбента. Ме-ханоактивация компонентов производится на вихревой-импеллерной мельнице. Микрогрануляция комплексного наносорбента осуществляется на опытной установке микрогрануляции, работающей по принципу псевдоожиженного слоя.

Технологический npoijecc №3 предназначен для получения упакованного комплексного наносорбента. Технологическая операция фасовки состоит из трех последовательных действий: взвешивания, фасовки в упаковочную тару и непосредственно упаковки.

Разработанная технологическая схема (рисунок 3) включает три технологических процесса (ТП), состоящих из ряда технологических (ТО) и контрольных (КО) операций.

«Выдержанный» гидролизный лигнин

КО 1 входной контроль сырья

і

Сушка ТОЇ и предварительный

КО 2 помол Т02 гидролизного лигнина

ТП1

и

Склад сырья

І*

і- о

тоз Т05 Т07

ь о

О £ н о

±

ТО 9

Загрузка компонентов в мнкрогранулятоо

3=

ТО 10 Микрогрануляция 111

І.

КОЗ контроль размера гранул К04 контроль количества пыли

КО 5

Эффективность сорбции

1-4

КО 1

КО 1

КО) —

Дрожжи кормозые

Бентонитовая глина

№-КМЦ

Потери

Фильтр

ТО И Фасовка и упаковка

ТП2 (

Склад гото Зой продукции

ТПЗ I

Рисунок 3 - Технологическая схема производства комплексного наносорбента. Перечень сокращений и их расшифровка приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Перечень сокращений приведённых на рисунке 3

Сокращение Расшифровка

ТП1 Технологический процесс 1

КОІ Входной контроль сырья

ТО 1 Сушка гидролизного лигнина

КО 2 Контроль времени сушки гидролизного лигнина

КО 2 Контроль времени сушки «выдержанного» гидролизного лигнина.

ТП2 Технологический процесс 2

ТОЗ, Т05, ТО 7 Загрузка компонентов комплексного наносорбента в бункер сырья вихревой-импеллерной мельницы

ТО 4 Механоактивация «выдержанного» гидролизного лигнина

ТО 6 Механоактивация дрожжевой биомассы

ТО 8 Механоактивация минеральной составляющей

ТО 9 Загрузка компонентов наносорбента в микрогранулятор

ТО 10 Микрогрануляция

КОЗ Контроль размера гранул

КО 4 Контроль количества пыли в гранулированной форме

ТПЗ Технологический процесс 3

КО 5 Контроль эффективности сорбирования микотоксиов

ТО 11 Фасовка и упаковка готового продукта

Результаты исследования свойств опытных партий комплексного нано-сорбента полученных в ходе исследовательских испытаний разработанной технологии (таблица 5) свидетельствуют о стабильности основных характеристик получаемого продукта. Комплексный наносорбент обладает достаточно высокой сорбционной способностью по отношению к основным видам микотокси-нов. Содержание токсичных элементов и микробиологические показатели соответствуют ветеринарно-гигиеническим требованиям.

Таблица 5 - Результаты исследования свойств опытных партий комплексного наносорбента, полученного по разработанной технологии_

Показатель Ед. изм Значения показателя для

Партии 1 Партии 2 Партии 3

Влажность % 9,56 9,63 9,51

Гранулометрический состав мм 0,2-0,8 0,2-0,8 0,2-0,8

Количество пыли в готовом продукте (%) Отс. Отс. Отс.

Эффективность сорбирования мико-токсинов

дон (%) 70,9 70,5 71,2

Т-2 (%) 33,0 32,2 31,8

Охратоксин А (%) 41,8 42,5 42,0

Зеараленнон (%) 92,7 93,0 92,1

Данные, полученные в ходе исследовательских испытаний, послужили основой для создания технических условий и технологических регламентов.

В шестой главе на основании анализа рынка сорбентов микотоксинов показано, что минимальный объём производства комплексного наносорбента должен составлять не менее 30 т/мес.

Разработанная технология производства комплексного наносорбента состоит из трех последовательно выполняемых технологических процессов:

ТТЛ и ТПЗ реализуются на стандартном технологическом оборудовании, ТП2 реализуется на специально разработанном для этих целей технологическом оборудовании.

Для обеспечения производительности 30 тонн целевого продукта в месяц целесообразным представляется организовать работу производства следующим образом: работа в одну смену по будним дням с использованием двух вихре-вых-импеллерных мельниц. Тем самым, коэффициент использования оборудования составит 85%, коммунальные платежи и эксплуатационные расходы будут ниже, чем при организации производства в 2 или 3 смены. Также, существенно снижаются производственные риски, связанные с ремонтом оборудования.

По результатам проведённых исследовательских испытаний были разработаны и утверждены технические условия на наносорбент (ТУ 9291-00271981272-12) и созданы технологические регламенты на технологические процессы ТП 1 (БВСМ.929140.01.01), ТП 2 (БВСМ.929140.01.02) и ТП 3 (БВСМ.929140.01.03).

Для подтверждения соответствия технологической документации и опытной партии продукции, изготовленной при реализации разработанной технологии, требованиям ТУ, а также определения целесообразности внедрения разработанной технологии, для организации промышленного производства продукции были проведены опытно-промышленные испытания.

После проведения опытно-промышленных испытаний были уточнены количественные показатели разработанной технологии производства комплексного наносорбента, определён срок окупаемости при внедрении технологии в производство. Количественные показатели разработанной технологии представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Количественные показатели разработанной технологии

№ Показатель Ед. изм. Значение

1 Объем производства, не менее т/год 360

2 Энергетическое потребление кВт-час/кг 0,93

3 Трудозатраты чел-час/кг 0,123

4 Себестоимость конечного продукта руб/кг 56,19

5 Объём начальных инвестиций тыс. руб. 44690,7

6 Чистая прибыль тыс. руб./год 15772,8

7 Срок окупаемости лет мес 2 г. 10 мес

Для государственной регистрации кормовой добавки (комплексный нано-сорбент микотоксинов «Нордитокс®») проведен полный комплекс испытаний согласно Регламенту Россельхознадзора (Приказ Минсельхоза РФ от 01.04.2005 N 48 (ред. от 19.03.2010 №83) "Об утверждении правил государственной регистрации лекарственных средств для животных и кормовых добавок"), и разработана инструкция по применению в соответствии с требованиями Федерального закона от 22 июня 1998 г. N 86-ФЗ "О лекарственных средствах".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ (Основные выводы и рекомендации). На основе теоретических и экспериментальных исследований в диссертации были сформулированы следующие основные научные выводы:

1. Разработана новая технология получения комплексного наносорбента на основе отходов переработки древесины. В основу разрабатываемой технологии заложен процесс механоактивации компонентов комплексного наносорбента. Для проведения механоактивации использована специально разработанная для этих целей вихревая-импеллерная мельница.

2. В качестве основного компонента (сорбента-носителя) для получения комплексного наносорбента предложено использовать механоактивиро-ванный «выдержанный» гидролизный лигнин.

3. Использование гидролизного лигнина, «выдержанного» в отвалах в течении 10-15 лет, позволяет избежать стадии его отмывки и нейтрализации.

4. Для оптимизации сорбционных свойств комплексного наносорбента в его состав дополнительно вводятся механоактивированная биомасса кормовых дрожжей и механоактивированная бентонитовая глина.

5. Разработана математическая модель, описывающая влияние компонентного состава разработанного наносорбента на его сорбционные свойства.

6. Оптимальной товарной формой комплексного наносорбента для его применения в сельском хозяйстве являются микрогранулы, размером 0,2-0,8 мм, содержащие в своём составе (в пересчёте на абсолютно сухое вещество) механоактивированный «выдержанный» гидролизный лигнин - 60 масс, частей, механоактивированная биомасса кормовых дрожжей 25 масс, частей, механоактивированная бентонитовая глина 10 масс, частей, Ка-КМЦ 5 масс, частей. Массовая доля влаги в получаемом продукте не превышает 10 %.

7. Разработанный наносорбент позволяет эффективно сорбировать как гидрофильные, так и гидрофобные микотоксины наиболее распространенные на территории нашей страны.

Для организации промышленного производства комплексного наносорбента рекомендуется следующее:

1. Для организации производства комплексного наносорбента, для нужд сельского хозяйства, потребуются производственные помещения общей

площадью 470 м2, специальное производственное оборудование и оборудованная лаборатория. 2. Начальные инвестиции составят 44690,7 тыс. руб. (на 01.10.2013 г.), чистый доход от реализации комплексного наносорбента составит не менее 15772,8 тыс. руб./год (при цене продукта 100 руб/кг). Срок окупаемости составит 2 года 10 месяцев.

Предполагаемый экономический эффект от внедрения комплексного наносорбента:

1. При внедрении комплексного наносорбента на комбикормовом заводе при производительности завода 13200 т комбикормаУмес. экономия составит от 729 - 5280 тыс. руб./мес.

СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Морозов A.M. Использование сканирующей электронной микроскопии для изучения нанопористой структуры продуктов переработки древесины [Текст] / A.M. Морозов, Т.Н. Кононов, K.JI. Косарев, A.B. Кудряшов //Вестник московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2013. - № 2. - С. 72-76.

2. Липилин А.Б. Тонкий помол и кинетическая сушка древесного сырья в вихревой мельнице-нагревателе [Текст] / А.Б. Липилин, М.В. Векслер, Н.В. Ко-ренюгина, A.M. Морозов, Г.Н. Кононов, К.Л. Косарев, A.B. Кудряшов// Вестник московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2013. - № 3. - С. 139-144.

3. Косарев К.Л. Исследование влияния технологических режимов обработки лигноцеллюлозного материала на его сорбционные свойства [Текст] / К.Л. Косарев, A.M. Морозов // Современные проблемы науки и образования -2012. -№6 - С. 20.

Положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение:

1. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке 2012127163/13 (042155) от 26 июня 2012 года. Способ получения кормовой добавки для профилактики микотоксикозов у животных и птицы / Косарев К.Л., Морозов A.M., Набиуллин А.Ш., Румянцев С.Д. Заявитель и патентообладатель ООО «БИО-ВЕТ-ФЕРМЕНТ» № 2012127163/13; заявленное 29.06.2013г.

Публикации в других изданиях: 1. Морозов A.M. Исследование высокодисперсных композиций гидролизного лигнина как носителей сорбционных систем [Текст] / A.M. Морозов, Г.Н. Кононов, К.Л. Косарев, A.B. Кудряшов// Технология и оборудование для

переработки древесины / научные труды - вып. 368. — М.: ФБГОУ ВПО МГУЛ, 2013 С. 93-98.

2. Косарев K.JL Изучение нанопористой структуры гидролизного лигнина [Текст] / K.JI. Косарев //Сборник научных статей аспирантов и докторантов МГУЛ. — Вып. 364. — М.: ФБГОУ ВПО МГУЛ, 2013. С. 19-22.

3. Морозов A.M. Влияние связующего вещества, используемого при микрогранулировании кормовой добавки, на эффективность сорбции микоток-синов [Текст] / A.M. Морозов, Кононов Г.Н., Косарев К.Л., Набиуллин А.Ш., Кудряшов A.B. // Современные проблемы науки и образования - 2013. -№6. (приложние "Биологические науки"). - С. 4

4. Морозов A.M. Новое оборудование для тонкого измельчения отходов деревопереработки [Текст] / A.M. Морозов, Г.Н. Кононов, К.Л. Косарев, A.B. Кудряшов // Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса: материалы II Международной научно-технической конференции [Текст] / отв. ред. С.А. Угрюмов, Т.Н. Вахнина, A.A. Титунин. - Кострома : Изд-во КГТУ, 2013. С. 134-137.

Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д 212.146.03 или направить Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 141005, Московская обл., г. Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, д. 1, МГУЛ.

Отпечатано в полном соответствии с качеством представленного оригинал-макета

Подписано в печать 12.11 2013. Формат 60x90 1/16 Бумага 80 г/м2 Гарнитура «Тайме». Ризография. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 246.

Издательство Московского государственного университета леса 141005, Мытищи-5, Московская обл., 1-ая Институтская, 1, МГУЛ E-mail: izdat@mgul.ac.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА»

04201450315

авах рукописи

Косарев Константин Леонидович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСЙ^РБЕНТА НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Кононов Георгий Николаевич

Москва- 2013

Оглавление

Введение..........................................................................................................................................................................6

Глава 1 Анализ исследований в области получения сорбентов на основе

отходов переработки древесины....................................................................................10

1.1 Получение сорбентов из отходов механической переработки древесины................................................................................................................................................11

1.2 Получение сорбентов из отходов химической переработки древесины................................................................................................................................................14

1.3 Получение комплексных сорбентов с использованием отходов деревопереработки..............................................................................................................................20

1.4 Выводы..........................................................................................................................................................23

1.5 Постановка цели и задач исследования..........................................................................24

Глава 2 Выбор сырья и обоснование отдельных технологических

решений......................................................................................................................................................25

2.1 Выбор исходного сырья и анализ сырьевой базы..................................................25

2.2 Выбор методов обработки исходного сырья..............................................................31

2.3 Подбор оборудования для механоактивации..............................................................35

2.4 Выводы..........................................................................................................................................................43

Глава 3 Материалы и методы исследований............................................................................44

3.1 Объекты и методы исследования..........................................................................................44

3.2 Характеристика применяемых веществ и реагентов..........................................44

3.3 Методики получения наносорбента и полупродукта..........................................45

3.3.1 Методика проведения механоактивации........................................................................45

3.3.2 Методика микрогрануляции комплексного наносорбента............................46

3.4 Методики анализа..............................................................................................................................47

3.4.1 Методика определения внешнего вида сырья и готового продукта... 47

3.4.2 Методика определения запаха сырья и готового продукта..........................47

3.4.3 Методика исследования структуры поверхности методом электронной микроскопии..............................................................................................................48

3.4.4 Методика определения гранулометрического состава....................................48

3.4.5 Методика определения влажности сырья и готового продукта........ 48

3.5.6 Методика определения зольности сырья.................................... 48

3.4.7 Методика определения содержания свободной кислоты в сырье...... 49

3.4.8 Методика определения рН водной вытяжки............................... 50

3.4.9 Методика определения веществ растворимых в горячей воде......... 51

3.4.10 Методика определения веществ растворимых в органических растворителях..................................................................... 52

3.4.11 Методика определения общей открытой пористости по воде.......... 53

3.4.12 Методика изучения нанопористой структуры методом сорбции инертного газа (азота)........................................................... 55

3.4.13 Методика определения адсорбционной активности по индикатору метиленовому синему........................................................... 55

3.4.14 Методика определения сорбционной способности по отношению к микотоксинам..................................................................... 57

Глава 4 Экспериментальное исследование механоактивации отходов

переработки древесины...................................................... 59

4.1 Общая характеристика предварительно подготовленного гидролизного лигнина........................................................... 59

4.2 Влияние режимов обработки на изменение гранулометрического состава гидролизного лигнина......................................................... 60

4.3 Изменения группового химического состава гидролизного лигнина при механоактивации........................................................... 65

4.4 Изменения пористой структуры гидролизного лигнина при механоактивации................................................................ 66

4.5 Выводы............................................................................. 75

Глава 5 Разработка технологии получения энтеросорбента для

сельского хозяйства на основе механоактивированного

гидролизного лигнина......................................................... 77

5.1 Разработка и оптимизация состава комплексного наносорбента...... 78

5.1.1 Разработка компонентного состава комплексного наносорбента...... 78

5.1.2 Выбор товарной формы целевого продукта................................................................86

5.1.3 Оптимизация компонентного состава комплексного наносорбента... 88

5.2 Разработка технологической схемы и аппаратурного оформления... 92

5.3 Проведение исследовательских испытаний разрабатываемой технологии................................................................................................................................................97

5.3.1 Получение экспериментальных образцов (партий) комплексного наносорбента............................................................................................................................................97

5.3.2 Аналитические исследования свойств комплексного наносорбента.. 99

5.4 Выводы..........................................................................................................................................................101

Глава 6 Апробация результатов исследования........................................................................102

6.1 Разработка перечня технических требований к технологическому оборудованию, технических условий и технологических регламентов............................................................................................................................................103

6.1.1 Разработка перечня технических требований к технологическому оборудованию..........................................................................................................................................103

6.1.2 Разработка технических условий на сорбент и технологического регламента..................................................................................................................................................109

6.2 Опытно-промышленные испытания технологии получения комплексного наносорбента..............................................................................................................109

6.3 Оценка капитальных вложений при внедрении разработанной технологии................................................................................................................................................111

6.3.1 Необходимое оборудование......................................................................................................111

6.3.2 Производственные помещения................................................................................................112

6.3.3 Персонал......................................................................................................................................................112

6.4.4 Сырьё..............................................................................................................................................................113

6.3.5 Расчёт себестоимости продукции..........................................................................................114

6.4 Экономический эффект от использования разработанного комплексного наносорбента......................................................................................................114

6.5 Выводы..........................................................................................................................................................115

Заключение..................................................................................................................................................................116

Список литературы............................................................................................................................................118

Приложения................................................................................................................................................................136

Приложение № 1......................................................................................................................................................137

Приложение № 2......................................................................................................................................................140

Приложение № 3......................................................................................................................................................161

Приложение № 4......................................................................................................................................................163

Введение

Актуальность работы:

Россия - одна из ведущих стран по объему заготавливаемой древесины. Одной из основных задач рационального природопользования в лесном комплексе является наиболее полное использование лесного потенциала страны за счёт роста объёмов производства продукции глубокой переработки древесины, вовлечение в производство низкокачественной древесины, а также переработка вновь образующихся и уже накопленных отходов деревопереработки [1].

При существующем уровне технологий в отходы уходит до 80 % заготавливаемого древесного сырья [2]. Эти отходы можно рассматривать как перспективное сырьё, пригодное для дальнейшей переработки и получения на их основе высококачественной экологически чистой продукции. В настоящее время отходы механической, химико-механической и химической переработке древесины, образующиеся вторичные продукты, во многих случаях, до сих пор не находят должного применения. В большинстве случаев, их используют в качестве топлива, поэтому разработка технологических процессов переработки отходов, возобновляемого растительного сырья является актуальной.

Гетерокапиллярная структура древесины сохраняется в отходах её переработки, что позволяет использовать эти отходы в качестве сорбентов различного назначения. Этот факт и определил выбор темы настоящего диссертационного исследования.

Данная работа выполнялась при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках государственного контракта № 16.522.12.2010, заключенного между Министерством образования и науки РФ и ООО «БИОВЕТ-ФЕРМЕНТ» по мероприятию 2.2 федеральной целевой программы: «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы».

Цель работы:

- разработать технологию получения наносорбента на основе отходов переработки древесины.

Объект исследования:

- отходы механической и химической переработки древесины. Предмет исследования:

- технология получения наносорбента на основе отходов переработки древесины. Основные задачи исследования:

1. Анализ, проведённых ранее, исследований, касающихся вопросов получения сорбционных материалов на основе отходов переработки древесины;

2. Выбор наиболее подходящего сырья и методов его обработки;

3. Подбор оборудования для обработки выбранного исходного сырья;

4. Исследование влияния режимов обработки на состав и свойства сырья для производства наносорбента;

5. Выбор оптимальной товарной формы разрабатываемого наносорбента;

6. Разработка технологической схемы и подбор аппаратурного оформления для производства наносорбента;

7. Аналитические исследования состава и свойств образцов наносорбента, полученных по разработанной технологии.

Научная новизна:

- впервые в качестве материала для получения нанопористого сорбента был использован отход механохимической переработки древесины - гидролизный лигнин (ГЛ), «выдержанный» в отвалах более 10 лет.

- впервые для механоактивации гидролизного лигнина в рамках настоящей работы было использовано специальное оборудование - вихревая-импеллерная мельница, обеспечивающая щадящий режим механоактивации;

- для переработки гидролизного лигнина в сорбент разработана новая технология его механоактивации и микрогранулирования без повреждения его нанопористой структуры, обеспечивающей сорбционные свойства этого материала.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Результаты исследования состава и свойств отходов переработки древесины;

2. Результаты изучения закономерности механоактивации отходов переработки древесины;

3. Состав комплексного наносорбента;

4. Результаты аналитических исследований свойств комплексного наносорбента;

5. Разработанная технологическая схема производства наносорбента. Практическая значимость:

Проведённые исследования позволили создать энтеросорбент третьего поколения, который обладает высокой сорбционной способностью по отношению к наиболее распространенным видам микотоксинов. При этом новый сорбент является уверенным конкурентом импортным аналогам, существующим сегодня на рынке, как по эффективности применения, так и по цене. Достоверность полученных результатов и выводов:

Получение экспериментальных результатов основано на использовании приборов, прошедших метрологическую поверку, применении различных методов тестирования и контроля измерительной системы экспериментальных установок. Воспроизводимость и повторяемость экспериментов оценена путем статистической обработки. Достоверность теоретических решений проверена сравнением с экспериментальными результатами. Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы доложены на:

- научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов МГУЛ по итогам научно-исследовательской деятельности за 2012 год (г. Мытищи, МГУЛ);

- II международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» в 2013 г. (г. Кострома, КГТУ);

Внедрение результатов:

Основные результаты работы внедрены на опытном производстве ООО

«БИОВЕТ-ФЕРМЕНТ» (пос. Правдинский М.О.).

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, из них 3 - в журналах, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВАК».

Соответствие диссертации паспорту специальности:

Основные результаты диссертационной работы соответствуют п. 2 «Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты обработки, с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции» из паспорта специальности 05.21.05 - «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».

Личный вклад автора в работы, проявился в работах, посвященных исследованию процессов механоактивации гидролизного лигнина, а также в решении прикладных вопросов работы и заключается в разработке методик проведения экспериментов, анализе полученных результатов и их использовании при разработке технологии получения наносорбента на основе гидролизного лигнина.

Структура и объём работы:

Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы (глава 1), экспериментальной части (главы 2-5), главы, посвященной апробации результатов исследования (глава 6), общих выводов (заключение), списка литературы и приложений.

1. Анализ исследований в области получения сорбентов на основе отходов

переработки древесины

В настоящее время в нашей стране ежегодно заготавливается около 500

3 3

млн. м древесины [3], из которых почти 300 млн. м , в результате последующей переработки, переходит в отходы [4].

Уже при лесозаготовительных работах доля получаемых отходов составляет порядка 32 % от объёма вырубленного леса [5].

Объём отходов, образующихся на различных деревоперерабатывающих производствах по данным [2] распределяется следующим образом:

в лесопильном и деревообрабатывающем производствах........ 59 %

в целлюлозно-бумажном производстве.............................. 77 %

в гидролизном и лесохимическом производстве................... 96 %

Из приведённых данных видно, что в указанных технологиях значительная часть древесного сырья образует отходы. Поэтому проблема рационального и полного использования отходов деревопереработки в качестве вторичного технологического сырья приобретает важное народнохозяйственное значение.

Отходы, образующиеся при механической и химической переработке древесины, в силу особенностей её анатомического строения, являются перспективным исходным сырьём для получения сорбционных материалов различного назначения.

1.1 Получение сорбентов из отходов механической переработки древесины

Деревообработка, как известно, сопряжена с огромными потерями древесины. По количеству отходов деревообрабатывающая промышленность находится на одном из первых мест [2,5].

Отходами лесопильной и деревообрабатывающей промышленности являются обрезки досок, рейки, горбыли, вырезки дефектных мест, кора, опилки и стружка. На рисунке 1 приведена общая схема образования отходов механической переработки древесины. Количество древесины, уходящей в отходы при лесопилении и деревопереработке может достигать уровня 60% [2,5].

Рисунок 1 - Общая схема образования отходов механической переработки

древесины [5]

Гетерокапиллярная структура исходной древесины (рисунок 2) позволяет использовать отходы её механической переработки (в основном опилки), в качестве технических сорбентов, без какой-либо дополнительной обработки.

Рисунок 2 - Гетерокапиллярная структура древесины [6] а - поперечный и тангенциальный разрезы рассеянно-сосудистой древесины (Fagus Бу^айса); б - поперечный разрез кольцесосудистой древесины ((^иегсиз гоЬиг).

В отечественной [4;7] и иностранной [8-11] литературе описана возможность применения стружки и древесных опилок в качестве дешёвого и экологически безопасн�