Особенности переработки отходов лесоперерабатывающей промышленности химическим методом

1.1.2 Карбоксиметилирование  растительного сырья (древесины)  суспензионным способом (Способ  II)

Навеску 10 г опилок древесины (фракция 0,4-0,75 мм) помещают в фарфоровую ступку, к  опилкам прибовляют 5,83 г предварительно измельченного NaOH, и энергитично растирают в ступке пестиком. Затем добавляют необходимое количество органического растворителя (10-70 мл), еще раз хорошо растирают и помещают в реакционную колбу, которая термостатированна при заданной температуре (25-100°С) определенное время (0,5-4 ч).

После этого  смесь из реакционной колбы переносят  в  фарфоровую ступку, добавляют  требуемое количество ClCH₂COONa, тщательно растирают пестиком, до получения однородной массы. Затем смесь переносят в реакционную колбу и термостатируют при 40°С в течении одного часа.

Продукт отмывают 96%-ным этиловым спиртом, добавляя для нейтрализации 90%-ную уксусную кислоту, до отрицательной реакции на щелочь по фенолфталеину и на хлорид ионы с раствором нитрата серебра. Продукт высушивают до постоянной массы [4].

1.1.3 Карбоксиметилирование  растительного сырья (древесины)  суспензионным способом (Способ  III)

Навеску 2 г воздушно-сухого сырья помещают в гомогенизатор с электрическим  обогревом. К опилкам прибавляют, энергично перемешивая, 0,66 г NaOH и 20 мл воды. Устанавливают нужную температуру до начала реакции и реакционную смесь подвергают интенсивной механической обработке в течении 1 мин. По мере протекания процесса щелочной обработки через каждые 15 мин смесь подвергается интенсивному механическому воздействию в течении 1 мин.

После окончания  предварительной щелочной обработки  в смесь добавляли 0,39 г CLCH₂COOH. Смесь вновь подвергают интенсивной механической обработке. Во время карбоксиметилирования смесь также подвергается через каждые 15 мин интенсивному размолу в течении 1 мин. Полученный продукт отмывают 96% этиловым спиртом, подкисленным 90% уксусной кислотой до pH=5, до отрицательной реакции на щелочь по фенолфталеину и на хлорид-ионы с раствором нитрата серебра. Продукт высушивают до постоянной массы [4].

1.2 Достоинства и недостатки  метода карбоксиметилирования растительного сырья (древесины) суспензионным способом

При анализе  химического  метода карбоксиметилирования растительного сырья, в частности древесины, были выявлены характеризующие параметры этого метода, как положительные, так и отрицательные. Анализ произведен с химической, биологической и экономической точек зрения.

Достоинства метода:

• Способствует утилизации отходов лесоперерабатывающих предприятий, уменьшает экологическую нагрузку;
• Способствует появлению новых веществ в строительной и химической промышленности, замене исчерпаемых природных ресурсов;
• Экономическая выгода от переработки отходов;
• Использование суспензионного способа карбоксиметилирования растительного сырья (КМД) дает однородный продукт, по сравнению с твердофазным способом КМД;
• При использование суспензионного способа КМД есть возможность варьировать и контролировать реакционный процесс, химические и физические параметры;

Недостатки метода:

• Использование растворителей, в частности воды;
• Использование дорогостоящих химических веществ;
• Возможность жидких отходов при использовании метода;

Еще один фактор, который можно рассматривать  как достоинство, так и недостаток этого метода. Это выделение тепла в окружающую среду во второй стадии метода, когда в раствор добавляют монохлорацетат натрия (экзотермическая реакция) [8].

1.3 Возможные сферы применения  продуктов карбоксиметилирования  древесины

1.3.1 Карбоксиметилированное растительное  сырье как ркеагент для приготовления  промывочных жидкостей

Продукты карбоксиметилирования на основе древесины содержат в своем составе карбоксиметилированные целлюлозу, гемицеллюлозы лигнин и могут быть использованы в качестве химического реагента для приготовления буровых растворов, наряду с карбоксиметилцеллюлозой (КМЦ) [5]

На долю КМЦ, добавляемой  в буровые растворы, приходится примерно 25% от общего объема производимой КМЦ. При этом доля КМЦ, производимой в России, в последние годы неуклонно сокращается и составляет ориентировочно на 2002 г. около 20 000 т. Основные потребности в КМЦ отечественная нефтегазовая отрасль удовлетворяет за счет импортных реагентов.

Ранее предложено использовать продукт  карбоксиметилирования растительного  сырья без предварительного разделения на отдельные компоненты [8 – 10], в качестве реагента для промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газовых скважин [11]. Было установлено, что карбоксиметилированные продукты, полученные из древесины осины, обеспечивая одновременное снижение показателя фильтрации, статического и динамического напряжения сдвига промывочных жидкостей, практически не оказывают влияния на их основные реологические свойства: пластическую и условную вязкости.

Буровые растворы используются для  бурения и обеспечения стабильной добычи в условиях высокого давления. При циркуляции в скважине буровой раствор:

• создает противодавление поровому давлению;
• очищает забой от выбуренной породы;
• формирует фильтрационную корку на стенках скважины, укрепляя таким образом неустойчивые отложения. Уменьшает воздействие фильтрата бурового раствора на породы разобщением разбуриваемых пластов и открытого ствола;
• транспортирует выбуренную породу из скважины и удерживает ее во взвешенном состоянии после прекращения циркуляции;
• передает гидравлическую энергию на забойный двигатель и долото;
• предупреждает осыпи, обвалы;
• обеспечивает качественное вскрытие продуктивных пластов;
• обеспечивает смазывающее и антикоррозионное действие на буровой инструмент;
• охлаждает и смазывает долото[12].

Использование КМД в качестве химического реагента для приготовления буровых растворов требует дальнейших исследований, но уже можно констатировать, что метод имеет перспективы в этой области.

Карбоксиметилированные продукты на основе растительного сырья являются перспективными реагентами для приготовления буровых растворов, обладающих комплексом полезных свойств, сравнимых с КМЦ, но являющихся экономически более выгодными. Технология их производства позволит снизить экологическую напряженность при переработке растительного сырья за счет значительного сокращения отходов [5].

1.3.2 Сорбционная емкость модифицированных  продуктов древесины по отношению к нефти

Загрязнение водоемов нефтепродуктами  является проблемой глобального  масштаба. Большие количества нефтепродуктов поступают в поверхностные воды при перевозке нефти водным путем, со сточными водами предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, металлургической и других отраслей промышленности, с хозяйственно-бытовыми водами. В водных объектах .Алтайского края на 2006 г. было зарегистрировано 20 тонн нефтепродуктов.

Исследована способность  модифицированных продуктов древесины  сосны сорбировать нефть с  поверхности воды. В качестве сорбента были использованы: опилки древесины  сосны; КМД, продукт карбоксиметилирования  из древесины сосны, предварительно обработанной формальдегидом. Карбоксиметилдревесина (КМД) не тонет и практически полностью сорбирует нефть с поверхности воды.

Сорбционная емкость полученных продуктов оценивалась как отношение  массы поглощенной нефти к  массе сорбента, которые определялись по результатам взвешивания чашки  с водой, нефтью и чашки с водой, нефтью и адсорбентом, который целиком  поглощает всю разлитую по поверхности  нефть [13].

Как показано проведенными исследованиями, различные химические обработки по отношению к древесине  повышают ее сорбционную емкость  по отношению к нефти. Сорбционная  емкость исходной древесины (1,7 г/г) и КМД (3,5 г/г) сравнима с образцом из древесины сосны, обработанной формальдегидом (3,4 г/г) и подвергнутой нагреванию при 105°С (3,2 г/г) [14]. Сорбционная емкость на основе растительного сырья промышленных образцов Sokerol (Австралия) -2 г/г [15]; карбонизированные сорбенты на основе шелухи риса - 6 г/г [16], льняная пакля и костра льна - 5,7-14,7 г/г [13]. При этом следует отметить, что введение ионогенных групп (СООН) в древесину не приводит к значительному увеличению сорбционной емкости по отношению к нефти. Очевидно, определяющим фактором в данном случае является формирование трехмерной сетчатой структуры, что характерно для образца древесины, обработанной формальдегидом.[5]