دستیابی به موفقیت جدید در استخراج سلولز جوت: تجزیه و تحلیل فرآیند راکتور اسید سولفوریک

به عنوان یک فیبر گیاهی طبیعی ، فیبر جوت دارای مزایای بسیاری از جمله بازده بالا ، قیمت پایین و خواص مکانیکی عالی است. این ماده به طور گسترده ای در زمینه های دکوراسیون ، بسته بندی ، نساجی ، پزشکی و سایر زمینه ها استفاده می شود. با این حال ، علاوه بر سلولز ، فیبر جوت همچنین حاوی ناخالصی مانند همی سلولز ، لیگنین و پکتین است. وجود این ناخالصی ها ، استفاده از فیبر جوت در مزارع سطح بالا را محدود می کند. بنابراین ، استخراج کارآمد سلولز جوت به کلید افزایش ارزش افزوده فیبر جوت تبدیل شده است. در حال حاضر ، روشهای شیمیایی ، فیزیکی و بیولوژیکی روشهای متداول برای تهیه سلولز هستند ، اما همه آنها دارای نقص هایی مانند فرآیند آماده سازی طولانی ، بسیاری از مراحل خشک کردن و مصرف انرژی بالا هستند. علاوه بر این ، غلظت بالای اسید و قلیایی تأثیر زیادی در درجه پلیمریزاسیون و ساختار سلولز در شرایط دمای بالا دارد و بر عملکرد کاربرد سلولز تأثیر می گذارد. در برابر این پیشینه ، روند راکتور اسید سولفوریک به وجود آمد و پیشرفت های جدیدی در استخراج سلولز جوت به وجود آورد.

اصل اساسی روش اسید سولفوریک برای استخراج سلولز هیدرولیز فیبر جوت با اسید سولفوریک برای از بین بردن ناحیه غیر کریستالی در ساختار سلولز است و از این طریق سلولز با تبلور بالا به دست می آید. هیدرولیز اسید سولفوریک نه تنها می تواند ناحیه غیر کریستالی سلولز را تخریب کند ، بلکه گروههای نیمه استر سولفات بار را نیز بر روی سطح سلولز معرفی می کند ، که به بهبود پراکندگی و پایداری سلولز کمک می کند.

(i) روشهای استخراج سنتی
در حال حاضر ، فیبر جوت به طور سنتی در طیف گسترده ای از زمینه ها استفاده می شود ، و روش های استخراج آن عمدتاً شامل روش شیمیایی ، روش فیزیکی ، روش بیولوژیکی یا ترکیبی از چندین روش است. به عنوان مثال ، فرآیند تولید سلولز جوت با روش شیمیایی سنتی قبل از درمان فیبر - جوشکاری قلیایی با درجه حرارت بالا - درمان کلریت سدیم - تصفیه قلیایی - شستشوی آب - خشک کردن - سلولز.
(ب) محدودیت ها
روشهای سنتی نقص های زیادی دارند. فرآیند آماده سازی طولانی است و شامل چندین مرحله است که باعث می شود کل فرآیند استخراج وقت گیر باشد. مراحل خشک کردن زیادی وجود دارد که باعث افزایش مصرف انرژی می شود. مصرف انرژی زیاد است و استفاده از اسید غلظت بالا و قلیایی در شرایط دمای بالا نه تنها نیازهای زیادی بر تجهیزات دارد ، بلکه تأثیر زیادی در میزان پلیمریزاسیون و ساختار سلولز دارد و از این طریق بر عملکرد سلولز تأثیر می گذارد.

(i) جریان فرآیند
1. پیش درمانی:
• برای پردازش بعدی ، فیبر جوت را به اندازه ذرات مناسب (مانند 0}. 180 میلی متر) خرد کنید. • از آب یا سایر حلالها برای از بین بردن اجزای محلول در آب در فیبر جوت استفاده کنید.
2. استخراج سلولز:
• پودر فیبر جوت تحت درمان را درون یک راکتور قرار داده و محلول اسید سولفوریک را اضافه کنید (مانند 2 ٪ {1}} ٪ اسید سولفوریک).
• در دمای معینی (مانند 40 درجه) و زمان (مانند 1 ساعت) واکنش نشان دهید و اطمینان حاصل کنید که واکنش به طور کامل از طریق دستگاه رفلاکس تراکم انجام می شود.
• پس از اتمام واکنش ، باقیمانده باقیمانده را با مقدار زیادی آب چندین بار بشویید تا خنثی شود.
3. تصفیه:
• سلولز استخراج شده را با مقدار زیادی آب چندین بار بشویید تا خنثی شود تا اسید و ناخالصی های باقیمانده را از بین ببرد.
• سلولز خالص را با تصفیه و خشک کردن بدست آورید (مانند خشک شدن در 60 درجه).

(ب) پارامترهای کلیدی
• دما: دمای درمان اسید در درجه 50 درجه {1}} درجه کنترل می شود. دما تأثیر مهمی در میزان واکنش و اثر حذف ناخالصی دارد. دمای بیش از حد بالا ممکن است باعث تخریب سلولز شود ، در حالی که دمای بیش از حد پایین سرعت واکنش را کند می کند.
• زمان: زمان عایق درمانی اسید 45min {1}} دقیقه است. اگر زمان خیلی کوتاه باشد ، ناخالصی ها به طور کامل برداشته نمی شوند. اگر زمان خیلی طولانی باشد ، ممکن است عملکرد سلولز تحت تأثیر قرار گیرد.
• نسبت حمام: نسبت حمام به طور کلی 1 است: 10-1: 20. نسبت حمام مناسب می تواند اطمینان حاصل کند که فیبر جوت کاملاً با مایع درمانی در تماس است و اثر درمانی را بهبود می بخشد.
• دوز اسید سولفوریک: دوز اسید سولفوریک با توجه به نیاز فرآیند ، به طور کلی 6g/l {1}}} g/l تعیین می شود. دوز بیش از حد اسید سولفوریک باعث افزایش هزینه ها می شود و ممکن است باعث خوردگی تجهیزات شود. دوز اسید سولفوریک بسیار کمی منجر به حذف ناخالصی ضعیف خواهد شد.

(i) جریان فرآیند کوتاه
در مقایسه با روشهای سنتی ، جریان فرایند راکتور اسید سولفوریک ساده تر است و مراحل غیر ضروری را کاهش می دهد ، در نتیجه زمان آماده سازی و بهبود راندمان تولید را کوتاه می کند.
(ب) مصرف کم انرژی
این فرآیند مراحل خشک کن کمتری دارد و کلیه فرآیندها تحت فشار عادی عمل می کنند که باعث کاهش مصرف انرژی می شود. در عین حال ، از مواد افزودنی سازگار با محیط زیست استفاده می شود و میزان مواد افزودنی شیمیایی اندک است که این امر بیشتر هزینه های تولید را کاهش می دهد.
(iii) نرخ حذف ناخالصی بالا
پس از درمان توسط فرآیند راکتور اسید سولفوریک ، اثر حذف ناخالصی در فیبر جوت خوب است ، به ویژه اثر حذف لیگنین و همی سلولز معنی دار است. به عنوان مثال ، پس از درمان ترکیبی بیولوژیکی و شیمیایی ، میزان همی سلولز در فیبر جوت از 10.21 ٪ به 5.35 ٪ کاهش یافت ، که کاهش 47.6 ٪ بود. میزان لیگنین از 8.25 ٪ به 7.43 ٪ کاهش یافته است ، که کاهش 9.66 ٪ است ، در نتیجه میزان سلولز در فیبر جوت 8.39 ٪ افزایش می یابد.
(IV) هیچ آسیبی به ساختار و عملکرد سلولز وجود ندارد
سلولز تولید شده توسط این فرآیند دارای محتوای بالایی از سلولز است و به ساختار و عملکرد سلولز آسیب نمی رساند ، بنابراین کیفیت و عملکرد کاربرد سلولز را تضمین می کند.

فرآیند راکتور اسید سولفوریک پیشرفت های جدیدی را در زمینه استخراج سلولز جوت ایجاد کرده است ، با مزایای قابل توجهی مانند جریان فرآیند کوتاه ، مصرف کم انرژی ، میزان حذف ناخالصی بالا و آسیب به ساختار سلولز و عملکرد. در مقایسه با فرآیندهای سنتی ، این فرآیند می تواند سلولز جوت را با کارآمدتر استخراج کند ، هزینه های تولید را کاهش دهد و کیفیت محصول را بهبود بخشد و چشم انداز کاربرد گسترده ای داشته باشد.
در آینده ، با توسعه مداوم و نوآوری فناوری ، انتظار می رود فرآیند راکتور اسید سولفوریک بهینه سازی و بهینه سازی شود. به عنوان مثال ، ساختارهای راکتور کارآمدتر و شرایط عملیاتی می تواند برای بهبود راندمان واکنش و اثرات حذف ناخالصی مورد بررسی قرار گیرد. برای کاهش بیشتر هزینه های تولید می توان آماده سازی جدید بیوآنزیم را تهیه کرد. و برای دستیابی به تولید سبز می توان تصفیه و بازیافت در این فرآیند تقویت شد. اعتقاد بر این است که در آینده نزدیک ، فرایند راکتور اسید سولفوریک به طور گسترده ای در صنعت فیبر جوت مورد استفاده قرار می گیرد و توسعه صنعت فیبر جوت را به سمت جهت های بالا و سبز ترویج می کند.