Natriy sulfit qog'oz aralashmasi sanoatida nima uchun ishlatiladi?

Sulfitli aralashish jarayonida natriy sulfitning roli

Natriy sulfit yog'och bo'lmagan tolalarda tanlangan ligninning ajratilishini qanday ta'minlaydi

Bugdoy qulupnayi yoki rush kabi materiallarda ligninni parchalash borasida natriy sulfit juda yaxshi natijalarga ega bo'lib, ligninning 85 dan 92 foizigacha bo'lgan qismini olib tashlaydi. Bu jarayon yaxshi ishlashining sababi, sulfit lignin tuzilishidagi beta-O-4 bog'lanishlariga maxsus hujum qiladi va bir vaqtda selyulozani saqlab turadi. Yakuniy natija? O'ttgan yili "Pulping Science Review" da e'lon qilingan tadqiqotlarga ko'ra, bu usul an'anaviy kraft usuliga qaraganda 6 dan 11 foizgacha yuqori aralashma hosil qiladi. Qiziqarli jihat shundaki, barcha bu jarayonlar pH darajasi odatda 1,5 dan 3 gacha bo'lgan kuchli kislotali sharoitda sodir bo'ladi. Ushbu past pH qiymatlari, sulfat ionlari lignin molekulalarining fenolik qismlarini zarbaga tutib, aralashma sifatini saqlash uchun muhim bo'lgan uglevod tuzilmalariga tegmasdan, efir aloqalarini samarali kesib o'tishini ta'minlaydi.

Kislotali Sulfit Reaktsiyalari va Ligninning Eruvchanligi Orqali Kimyoviy Jarayon

130 dan 150 gradusgacha bo'lgan haroratda isitilganda, natriy sulfit ligninning ma'lum karbon atomlariga birikadigan gidrosulfit ionlarini (HSO3-) hosil qiladi va nihoyat, suvda eriydigan lignosulfonatlar nomi bilan tanilgan birikmalar hosil bo'ladi. O'ttiz yil oldin Wood Chemistry jurnalida e'lon qilingan so'nggi tadqiqotlarga ko'ra, ushbu reaksiya uchun pH ni taxminan 2,2 atrofida sozlash eng yaxshi natija beradi va namuna sifatida olingan gugurt doni namunasidan ikki soat ichida ligninning taxminan uchdan birlari eriydi. Reaksiyaning o'tish sharoitiga e'tibor qaratilsa, u olimlar tomonidan nashr etilgan birinchi tartibli kinetika deb ataladigan jarayonni amalga oshiradi va boshlanishi uchun har bir molya 98 kilodjoul energiya talab qilinadi. Bu esa butun jarayonni ligninni parchalashda juda samarali qiladi va tarkibidagi tselllyuloza tuzilmalariga e'tiborsiz munosabatda bo'lmaydi.

Bambuk va qog'oz qoldig'i sohasida qo'llanilishi: Barqaror xom ashyo foydalanish masalasi

Bambukdagi (taxminan 24 dan 28 foizgacha) va bagassadagi (taxminan 19 dan 22 foizgacha) lignin miqdori bu materiallarni sulfitni pulplash jarayonlari uchun yaxshi joylashtiradi. Ba'zi bir Xitoy qog'oz fabrikalari, sodium sulfit usullaridan foydalangan holda, bambudan taxminan 48% pulp hosilini olishni xabar qilishdi. Bu an'anaviy kraft tizimlari bilan taqqoslaganda juda taassurot qoldiruvchi, ular odatda 6 foizga kam bo'ladi 2022 yilgi Non-Wood Fiber hisobotiga ko'ra. Buni yanada qiziqarli qiladigan narsa bu kengroq barqarorlik maqsadlariga qanday mos kelishi. Yevropa Ittifoqining aylanma iqtisodiyot bo'yicha harakatlar rejasi har yili a'zo davlatlarda o'rmonlarning yo'q qilinish darajasini 17 dan 23 foizgacha kamaytirish uchun qishloq xo'jaligi chiqindilaridan foydalanish tavsiya etiladi.

Natriy sulfit bilan delignifikatsiya samaradorligini oshirish

Pishirish paytida sulfonlangan lignin hosil boʻlish mexanizmi

Pishirish paytida natriy sulfit kislotali sharoitlarda β-O-4 eter bog'lamalarining sulfonatsiyasi orqali lignin polimerlari bilan reaksiyaga kiradi va suyuqlikda eriyish qobiliyatini oshiradigan gidrofilik hosilalarni hosil qiladi. Ushbu mexanizm yog'och bo'lmagan tolalarda (bambu kabi) ligninning 70-85% ni uglevodlarga zarar etkazmasdan olib tashlaydi, bu esa uni tolali qishloq xo'jaligi xomashyosi uchun juda samarali qiladi.

Ligninni olib tashlashni optimallashtirish uchun harorat va pH ni nazorat qilish strategiyalari

Delignifikatsiya samaradorligini maksimal darajada oshirish uchun harorat va pH ning aniq nazorat qilinishi juda muhimdir:

140 °C dan yuqori haroratni 90-120 daqiqa davomida saqlash to'liq parchalanishni ta'minlaydi, 2.8 dan 3.2 gacha bo'lgan pH esa neytral sharoitlarga nisbatan delignifikatsiya samaradorligini 15-20% ga oshiradi va yon ta'sirlarni minimallashtiradi.

Taqqoslash: qattiq yog 'o't va qishloq xo'jaligi qoldiqlari

Natriy sulfit qishloq xo'jaligi chiqindilarini parchalashda juda yaxshi ishlaydi. Misol uchun, bambu, agar uni to'g'ri qayta ishlasangiz, ligninning 85 dan 90 foizicha qismini olib tashlay oladi, bu esa evkalipt kabi qattiq yog'ochlardan ko'ra ancha yaxshi, chunki ular faqat 65 dan 75 foizicha qismini olib tashlaydi. Nima uchun bunday boʻladi? Qishloq xo'jaligi tolalari odatda kamroq kondensatsiyalangan lignin tuzilmalariga va zichroq hujayra devorlariga ega, shuning uchun sulfit eritmasi aslida materialga ancha chuqurroq kirib borishi mumkin. Haqiqiy natijalarga qaraganda, natriy sulfit bilan ishlangan bug'doy somoni an'anaviy qattiq yog'ochni ishlov berish usullariga qaraganda taxminan 10 dan 15 foizga ko'proq pulp hosil qiladi. Bu esa, yog'ochdan boshqa tolalardan ekologik jihatdan xavfsiz tarzda foydalanish istagida bo'lganlar uchun natriy sulfitni qayta ishlashni jozibali variantga aylantiradi.

To'qimalarni ajratib olish va kartoshka sifatini yaxshilash

Zillarning yaxshiroq ajralishi uchun hujayra devori matritsining sulfit ionlari bilan shishishi

Sulfit ionlari o'simlik materiallariga tushganda, ularda tsellyuloza hamda ligninning tarkibiy qismlarini bir-biriga mahkamlab turuvchi vodorod bog'larini buzadi. Bu bambuk poyasi yoki gugurt doni kabi narsalarda uchraydigan tolali tuzilmaning gemitseplyuloza-lignin qismida maxsus pufayishga olib keladi. 2022-yilda "Oziq-ovqat paketlovchi materiallar va saqlash muddati" jurnalida e'lon qilingan tadqiqotlarga ko'ra, ushbu jarayon kataklar devorining an'anaviy usullarga qaraganda 12 dan 15 foizgacha kengayishiga sabab bo'ladi, bu esa alohida tolalarni an'anaviy usullarga qaraganda ancha yaxshiroq ajratish imkonini beradi. Ushbu usulning ahamiyati mexanik tozalash jarayonida sarf bo'ladigan energiyani standart ishqoriy masslanish usuliga qaraganda taxminan 18 dan 22 foizgacha kamaytirish imkonini berishidir. Shuni ham aytish kerakki, boshqa jarayonlardan farqli ravishda, u uzunroq tolalarni butun holda saqlab turadi, bu esa keyinchalik shakllantiriladigan mahsulotlar yaratish uchun juda muhim.

Natriy sulfit bilan ishlov berishdan keyin tolalar morfologiyasi: Gugurt doni bo'ylab tadqiqot

AFM tahliliga ko'ra, natriy sulfit bilan ishlangan gugurt doni tolalari oddiy kraft usulida ishlangan tolalarga qaraganda sirtidagi troshlar taxminan 23% kamroq bo'ladi, shuningdek, ularda fibrillarning tekislashishi ham taxminan 40% yaxshiroq. Bu ishlov berish samaradorligini ligninning kondensatsiyasini kamaytirish orqali ta'minlaydi, bu esa tola oziq-ovqat paketlovda suyuqlikni yaxshi so'rishi uchun etarlicha poroz (g'ijimli) bo'lib qolishini saqlaydi. Yaxshilangan struktura shuni anglatadiki, ushbu tolalar mahsulotlarga aylantirilganda bir-biriga ancha yaxshiroq yopishadi. So'nggi oylar davomida turli atom kuch mikroskopik sinovlari orqali buni tasdiqlaganmiz.

Yog'och bo'lmagan pulpaning yuqori erkinlik darajasi va yuqori chiqimi bo'yicha bozor talabini qondirish

So'nggi termoformlash jarayonlari natriy sulfit bilan ishlangan va taxminan 650 dan 700 mL gacha CSF erkinlik darajasiga erishadigan aralashmalar hosil qiladi, bu esa eski usullarga qaraganda taxminan uchdan bir yaxshiroq natijani anglatadi. Oshirilgan bu erkinlik ishlab chiqaruvchilarga oziq-ovqat birlashtirish sohasida qat'iy FDA talablari uchun ham barcha me'yorlarga javob beradigan, yarim foizdan kamroq bo'shliqchaga ega bo'lgan shakllangan aralash mahsulotlarni massaviy ravishada ishlab chiqarish imkonini beradi. Raqamlarga kelsak, ushbu jarayonlar karbydratlarning taxminan 82 dan 85 foizigacha saqlanishini ta'minlaydi va xarajatlarni kesib tashlamasdan barqarorlik maqsadlariga erishadi. Ayniqsa ajoyib jihat — kompaniyalar qancha pul tejashidir, an'anaviy yog'och asosli variantlarga qaraganda har bir tonnaga 18 dan 22 dollargacha tejash imkoniyati mavjud.

Aralash chiqimi va karbydratlarni saqlashni maksimal darajada oshirish

Sulfatli jarayonlarda lignin emas, balki gekselljulozaning degradatsiyasini kamaytirish

Natriy sulfit qog'oz qilish jarayoni 4,5 dan 6,5 gacha bo'lgan yumshoqroq pH diapazonida eng yaxshi ishlaydi, bu esa kislotali parchalanishni kamaytiradi va an'anaviy kraft qayta ishlash usullariga nisbatan taxminan 15 dan 20 foizgacha ko'proq uglevodlarni saqlab qolish imkonini beradi. Kraft jarayoni asosan getselllyuloza komponentlarining taxminan 30 dan 40 foizigacha parchalangan alkal sharoitini yaratadi. Bunga qarama-qarshi ravishda, sulfit tizimlari ushbu muhim selljyuloza-getselllyuloza bog'lanishlarining taxminan 85 dan 90 foizini saqlab turadi. Bambukka alohida e'tibor qaratganda, so'nggi o'tkazilgan tadqiqotlar sulfitli qog'oz qilish jarayoniga ionli suyuqliklar qo'shish bambukning ajoyib 84 foiz selljyuloza saqlash darajasini saqlab turishini ko'rsatmoqda. Bu 2021-yilda Glińska hamda hamkasblari tomonidan e'lon qilingan ma'lumotlarga ko'ra, faqat 67 foizga erishadigan kraft natijasiga nisbatan sezilarli oshishdir. Ushbu farqlar strukturaviy butunlikni buzmasdan material chiqimini maksimal darajada oshirishga qaratilgan sanoatlar uchun juda muhim.

Darajani solishtirish: Sulfat va Kraft tizimlarida evelypt ushlari qayta ishlash

Evelypt daraxtlarini qayta ishlashda sulfat oq qog'oz olish usuli an'anaviy kraft usuliga qaraganda yaxshiroq natija beradi. Sulfat usuli qayta ishlash jarayonida qiymatli glokomananlarning ko'proq qismini saqlab qolganligi sababli taxminan 52 dan 55 foizgacha bo'lgan foydali qoldiq olish imkonini beradi, bu esa kraftning 48 dan 50 foizgacha bo'lgan ko'rsatkichidan yuqori. 2023-yildagi so'nggi sinovlar e'tiborga loyiq narsani aniqladi: sulfat bilan ishlangan evelypt atrofatan 18,3% gemitseIlyuloza tarkibini saqlab qolgan. Bu kraft pulplar uchun 9,1% ga qaraganda sezilarli darajada yaxshiroq natija bo'lib, umuman olganda mustahkamroq qog'oz mahsulotlarini hosil qiladi. Xuddi shu tadqiqot guruhining qishloq xo'jaligi chiqindilari bilan o'tkazgan tahlillari ham optimallashtirilgandan keyin sulfat tizimlari barcha jihatdan 80,3% tselljuloza olish imkonini berishini ko'rsatdi. Bu ularni kraft texnologiyasidan taxminan 11 foizga ilgarilantiradi va ba'zi dasturlar uchun sulfat qayta ishlashni haqiqiy g'olib sifatida namoyon qiladi.

Delignifikatsiya tezligi va hosildorlikni saqlashni muvozanatlash

90-120 daqiqa davomida 135 - 145 °C haroratda pishirish hosilni maksimal darajada oshiradi. 130 °C dan pastda delignifikatsiya 40% ga pasayadi; 150 °C dan yuqorida seluloza 8-12% buziladi. Zamonaviy mo'lindalar 85-90% delignifikatsiyada reaksiyalarni to'xtatish uchun real vaqt lignin sensorlaridan foydalanadi, ishlab chiqarish jadvallariga rioya qilish bilan birga 94% uglevodlarni saqlab qoladi.

Natriy lignosulfonatning tiklanish va barqarorlik uchun foydalari

Chiqindilardan qimmatga aylantirish: ishlatilgan sulfitli ichimliklarni lignosulfonatlarga aylantirish

Natriy sulfitni qayta ishlashdan olingan ishlatilgan sulfitli ichimlik hozirda 92-95% tiklanish samaradorligi bilan lignosulfonatlarga aylantiriladi (2025 materiallarni tiklash tadqiqoti). Ushbu biologik asosdagi polimerlar beton aralashmalarida sintetik bog'lovchi moddalarni almashtiradi. 40% kuchliroq molta obligatsiyalari neftga asoslangan alternativalardan ko'ra.

Sanoat miqyosida qayta ishlash: Membran filtratsiyasi va konsentratsiyasi

Koʻp bosqichli membrana filtratsiyasi lignosulfonat oqimlarini 68-72% qattiq moddalarga konsentratsiya qiladi, bu esa issiqlik bugʻlanishidan 35% kamroq energiya sarflaydi. 500 tonna ishlatilgan ichimliklarni qayta ishlash inshootlari har kuni 89% kimyoviy tiklanishga erishadi va har kuni 280 tonna bozorga tayyor lignosulfonatlarni ishlab chiqaradi.

Zamonaviy qogʻoz fabrikalarida aylanma iqtisodiyot modellarini qoʻllab-quvvatlash

1 tonna pulp etish qoldiqlarini 42 ming dollarlik lignosulfonat asosidagi dispersiya vositalariga aylantirish aylanma iqtisodiyot maqsadlarini qo'llab-quvvatlaydi. Yopiq halqa tizimlari hozirda 78% yon mahsulotlarni qishloq xoʻjaligiga (masalan, changni kamaytiruvchi moddalar) va toʻqimachilikka (masalan, boʻyoq tashuvchilar) yoʻnaltiradi va dunyo boʻylab 290,000 metr tonna / yilga petrokimyo ekvivalentlarini almashtiradi.

Ko'p so'raladigan savollar

Yog'och bo'lmagan tolalarni ishlab chiqarishda natriy sulfit qanday rol o'ynaydi?

Natriy sulfit bug'doy somoni va bambu kabi yog'och bo'lmagan tolalardagi ligninni samarali ravishda parchalaydi, bu esa qimmatbaho selulosa saqlanib qolinishi bilan beta-O-4 bog'lanishiga aniq yo'naltiriladi va natijada pulpning hosilini oshiradi.

Sulfitni pulplash jarayoni barqarorlikka qanday hissa qo'shadi?

Bu jarayonda o'rmonlarning yo'q qilinishini kamaytirish va sarguzashtli iqtisodiyot modellarini kuchaytirish uchun ishlatilgan sulfitli ichimliklarni qimmatli lignosulfonatlarga aylantirish uchun bambu va bagass kabi qishloq xo'jaligi chiqindilaridan foydalaniladi.

Natriy sulfitdan kraft usullariga nisbatan foydalanishning afzalliklari qanday?

Natriy sulfit jarayonlari odatda an'anaviy kraft usullariga nisbatan yaxshi pulp hosilini, ko'proq uglevodlarni saqlab qolishni va yarim selulozaning pasayishini ta'minlaydi.

Sulfitni pulplash jarayonida nima uchun harorat va pH-ni nazorat qilish muhim?

Harorat va pH-ni nazorat qilish delignifikatsiya samaradorligini optimallashtiradi, sulfonatsiya reaksiyalarini osonlashtiradi va yon reaktsiyalarni minimallashtiradi, maksimal ligninni olib tashlash va pulpa sifatini ta'minlaydi.