Технологична информация-кн. 16 N ° 1-2005, стр.: 83-88
РАЗНИ ПРЕДМЕТИ
Получаване на целулоза от бананови селскостопански отпадъци
Производство на целулоза от селскостопански отпадъци от бананови растения
G. Canché-Escamilla 1 *, J.M. Де лос Сантос-Ернандес 2, С. Андраде-Канто 1, Р. Гомес-Крус 2
(1) Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C., Calle 43 No. 130, Col. Chuburná, 97200 Мерида Юкатан, Мексико (e-mail: [email protected])
(2) Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Av. Universidad s/n, Zona de la Cultura, Villahermosa, 86280, Tabasco, Мексико
* Автор, до когото трябва да бъде адресирана кореспонденцията.
В тази работа е представено проучване за възможността за получаване на целулоза от селскостопански остатъци от банани (псевдостемен и чинка), като се използва процедура, разработена в Centro de Investigación Científica de Yucatán-México. Процесът се състои от четири етапа: киселинна хидролиза, хлориране, алкална екстракция и избелване. Целулозата се характеризира с термогравиметрия, FTIR спектроскопия и определяне на молекулното тегло. По-добри добиви са получени с влакна от чинки. Целулозата, получена от псевдостемата, представлява агломерация на влакна поради остатъци от лигнин и хемицелулоза. Етапът на хлориране влияе върху молекулното тегло на целулозата, получена от влакната на финша, като се получават молекулни тегла от 90 000 и 49 000, когато в етапа на хлориране се използват рН съответно 9,2 и 8,4. Получени са характерни целулозни FTIR спектри, като по този начин се проверява възможността за използване на този процес за елиминиране на нецелулозен материал.
В тази работа е представено проучване за възможността за извличане на целулоза от селскостопански отпадъци от бананови растения (псевдостебло и пинзоте), използвайки процедура, разработена в Научноизследователския център на Юкатан-Мексико. Четиристепенният процес включва киселинна хидролиза, хлориране, алкална екстракция и избелване. Целулозата се характеризира с термогравиметрия, FTIR спектроскопия и измервания на молекулното тегло. Най-добри добиви са получени, когато се използва влакно от пинзоте. Целулозата, получена от псевдостема, има агломерирани влакна поради наличието на остатъци от хемицелулоза и лигнин. Етапът на хлориране засяга молекулното тегло на влакната, получени от пинзоте, с молекулно тегло 90 000, получено при използване на рН 9,2, и 44 000, получено при използване на рН 8,4. Получените FTIR спектри са характерни за целулозата, факт, който показва възможността за използване на този процес за елиминиране на нецелулозен материал.
Ключови думи: производство на целулоза, селскостопански отпадъци, банан, термогравиметрия
ВЪВЕДЕНИЕ
Твърдите отпадъци са отпадъците, които се образуват поради човешки дейности, които обикновено се изхвърлят като безполезни. Те се получават като страничен продукт от търговски, промишлени или селскостопански дейности и обикновено са чудесен източник на замърсяване, поради което в момента се търсят алтернативни приложения на тези отпадъци (Kadirvelu et al., 2003; Reed and Wiliams, 2003 ) Селскостопанската индустрия е един от основните източници на образуване на твърди отпадъци, който се състои главно от стъбла, корени, листа или други части от растения, които не се използват в тези процеси (Shah, et al., 2005; Gañan et al., 2004).
По този начин, банановата промишленост произвежда голямо количество растителни остатъци, тъй като от растението се използват само плодовете, като се налага да се изхвърлят останалите части на растението: псевдостебло, листа и щипка или рахи (част от растението, която поддържа гроздовете на плодове). Тъй като тези материали са изградени от лигноцелулозни влакна, те могат да се използват като суровина за получаване на целулоза (Cordeiro et al., 2004) или за получаване на композитни материали (Gañan et al., 2004; González-Chí et al., 2002; Thomas et al., 1997), което би осигурило добавена стойност към споменатите остатъци.
Въпреки че са проведени проучвания за получаване на целулоза от бананови остатъци (Cordeiro et al., 2004), използваните в тези работи процеси за получаване на целулоза са много подобни на използваните в хартиената промишленост, които са предназначени за материали с високо съдържание на лигнин съдържание. От друга страна, в CICY беше разработен процес за получаване на целулоза от растителни влакна с ниско съдържание на лигнин (Cazaurang, et al., 1990) и който се състои от четиристепенен процес: киселинна хидролиза, хлориране, алкална хидролиза и избелване. Този процес се прилага успешно за получаване на целулоза от лигноцелулозни влакна, извлечени от агави (Andrade et al. 1998, Marquez et al., 1996) със съдържание на лигнин 12-16%. В тези произведения беше установено, че етапите на хлориране и алкална екстракция са етапите, които най-много засягат характеристиките на получената целулоза. Поради факта, че влакната на чинката и псевдостемата на банана имат ниско съдържание на лигнин, беше проучена възможността за прилагане на процеса, разработен в CICY за получаване на целулоза от споменатите селскостопански остатъци.
МЕТОДОЛОГИЯ
Земеделските остатъци (псевдостемен и чинка) на банана са получени от насажденията на Finca la Candelaria в Teapa, Tabasco, Мексико. Псевдостеблата бяха нарязани на 30 см секции, измити с вода и изсушени на слънце. Влакната на шафина са получени чрез обработка с 10% натриев хидроксид за елиминиране на восъци, пектини и смоли, съдържащи се в него, а по-късно те са дефибрирани ръчно. Целулозата се получава чрез процедурата, описана в литературата (Andrade, 1998), като процесът се извършва в три екземпляра за всеки от остатъците. Крайното рН на етапа на хлориране (9.2 и 8.4), както и концентрацията на NaOH (20 и 25%) се променят по време на алкална хидролиза, за да се определи ефектът от тези променливи върху свойствата на целулозата. Влакната се сушат при стайна температура и впоследствие във вакуумна фурна.
Влакната преди и след процеса за получаване на целулоза се наблюдават в сканиращ електронен микроскоп (SEM) на марката JEOL модел LV6360. Влакната бяха покрити със златен слой за подобряване на контраста.
Инфрачервените спектри на целулозата са получени с помощта на NICOLET модел Protégé 460 Magna Fourier трансформационен инфрачервен спектрофотометър в диапазон на дължина на вълната от 4000 cm -1 до 400 cm -1. Термогравиметричният анализ на целулозата, получена от банановите остатъци, е извършен на термогравиметричен баланс на Perkin Elmer модел TGA-7, като се използва скорост на нагряване от 10 ° C/min и температурен диапазон от 30 ° C до 600 ° C. под азотна атмосфера.
Молекулното тегло на целулозата се определя от молекулното тегло на целулозно производно (целулозен трикарбанилат). Това производно е получено съгласно процедурата, описана в литературата (El Ashmawy et al., 1974), а молекулното тегло на целулозния трикарбанилат е получено чрез вискометрия, използвайки вискозиметър от тип Ubbelhode. Стойностите на константите на Mark-Houwink бяха: a = 0.89 и K = 2.51 x 10 -3 .
РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЯ
Фигура 1 показва микрофотографиите, получени чрез SEM на влакната на чинката и псевдостемата. Вижда се, че влакната на чинките имат диаметър, по-голям от псевдостеменните влакна, и двете влакна са изградени от целулозни фибрили, агломерирани от хемицелулоза и лигнин, които действат като циментови и които трябва да бъдат елиминирани по време на процеса на получаване на целулозните влакна.
б)
Фиг. 1: SEM микрофотографии на влакната преди процеса на производство на целулоза. а) Финч и б) Псевдостем
Фигура 2 показва микрофотографиите на целулозните влакна, получени от псевдостемата и чинката на банана. Може да се забележи, че целулозните влакна, получени от щипковите влакна, са отделени едно от друго, повечето от влакната имат гладка повърхност без остатъци (фигури 2а и 2б), което показва по-добра ефективност при отстраняването на лигнин и хемицелулоза. От друга страна, целулозните влакна, получени от псевдостемата, представят в допълнение към свободните влакна агломерации на влакна, в които все още се оценява наличието на лигнин и остатъци от целулоза (Фигури 2в и 2г), което показва, че в този случай е имало по-ниска ефективност при отстраняване на двата компонента по време на процеса на получаване на целулоза. Това поведение се наблюдава в пробите, независимо от обработката, използвана при екстракцията на целулоза.
FTIR спектрите на целулозата са много сходни помежду си, независимо от влакното (щипка или псевдостемен), от което е получено, и условията на третиране. Спектърът е характерен за целулоза тип II, получена след обработка с натриев хидроксид на естествената целулоза (тип I), присъстваща във влакната.
Таблица 1: Добив на сурови влакна и целулоза от селскостопански остатъци от банани.