СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ Российский патент 2015 года по МПК C08B15/00 B82B3/00 D01F2/00 

Изобретение относится к способу получения нанофибриллярных целлюлозных волокон из растительного сырья. Полученное вещество имеет широкое применение в непищевой промышленности, в частности, в качестве сорбентов для жидкостной хромотографии, высокоселективных экспресс-тестовых систем, в фармацевтической промышленности при производстве сывороток, вакцин, иммуномодуляторов, антигистаминных препаратов; в косметической промышленности в качестве натурального загустителя; а также в пищевой промышленности.

Известен способ получения наноцеллюлозных волокон, включающий обработку целлюлозных волокон в течение, по меньшей мере, пяти минут водным содержащим электролит раствором амфотерной или анионной карбоксиметилцеллюлозы или ее производной, предпочтительно низкомолекулярной амфотерной КМЦ или ее производной, где температура в процессе обработки составляет 50-120°С и выполняется, по меньшей мере, одно из следующих условий: (а) значение рН водного раствора в процессе обработки лежит в интервале около 1,5-4,5, предпочтительно в интервале 2-4; или (b) значение рН водного раствора в процессе обработки выше чем около 11; или (с) концентрация электролита в водном растворе лежит в интервале около 0,0001-0,5 М, предпочтительно в интервале 0,001-0,4 М, если электролит имеет моновалентные катионы, или в интервале около 0,0001-0,1 М, предпочтительно около 0,0005-0,05 М, если электролит имеет двухвалентные катионы; установление рН, путем применения основной и/или кислотной жидкости, в интервале значений рН 5-13, и обработку указанного материала в механическом измельчительном приборе (RU 2010145477, опубл. 20.05.2012).

Известен способ получения пищевых волокон, включающий набухание исходного сырья в жидкой среде, промывку водой, гидролиз, отделение гидролизата, его охлаждение, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют сухой свекловичный жом, набухание которого осуществляют водой с температурой 30-40°С при соотношении 1:20 в течение 30-40 мин, полностью набухший жом отжимают и промывают 2 раза холодной водой, после чего промытый жом заливают 0,5-2,0%-ным раствором ферментного препарата, обладающего высокой целлюлолитической активностью, при этом массовое соотношение свекловичного жома и ферментного препарата выбирают в пределах 1:(13-15), выдержку смеси осуществляют при температуре 40-42°С в течение 1-2 ч при постоянном перемешивании, затем смесь разделяют, полученный жом заливают молочной сывороткой в соотношении 1:(13-15) и проводят гидролиз-экстрагирование в течение 2-2,5 ч при температуре 95-98°С при постоянном перемешивании, полученный гидролизат фильтруют, а после охлаждения осуществляют фасовку целевого продукта (RU 2471367, опубл. 10.01.2013).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату в части способа является способ получения наноцеллюлозы из растительного сырья различного происхождения путем механического измельчения до получения волокон диаметром 50-1000 нм и длиной несколько миллиметров с последующим химико-механическим измельчением, включающим первый кислотный или щелочной гидролиз в течение 1-4 часов при температуре 60-100°С, рН 1-3, с использованием соляной или серной кислоты или гидроксида калия или гидроксида натрия концентрацией менее 9% с добавлением сульфита натрия в качестве антиоксиданта; отделение продукта от водной фазы путем центрифугирования, фильтрования в вакууме или под давлением, фильтрации через фильтр-пресс или фильтровальную сетку или выпаривание; второй щелочной гидролиз (аналогично первому щелочному гидролизу); отделение продукта от водной фазы (аналогичными способами); дополнительную стадию отбелки с использованием хлорита натрия, гипохлорита натрия или перекиси водорода в течение 1-4 часов при температуре 18-80°С; тщательную отмывку продукта водой; криосушку продукта; обработку замороженных волокон жидким азотом с целью получения наночастиц; разбавление водой до содержания сухих веществ 2-10%; гомогенизацию при давлении не менее 20 МПа (US 20080146701 А1, опубл. 19.06.2008).

Вышеперечисленные недостатки известных способов, каждый отдельно или все вместе, снижают степень функциональности готового продукта, повышают стоимость производства, вызывают сложности при масштабировании производства.

Задачей изобретения является разработка способа получения нанокристаллической целлюлозы, который характеризуется следующей совокупностью существенных признаков:

1) выполнение несложных технологических операций;

2) отсутствие высокотоксичных реагентов;

3) отсутствие необходимости использования дорогостоящего оборудования;

4) масштабируемость производства;

5) возможность использования замкнутого цикла водоснабжения;

6) экологическая безопасность;

7) безотходность производства.

Технический результат изобретения заключается в улучшении качества готового продукта, обладающего совокупностью значимых характеристик:

1) является регулятором реологии при производстве продуктов с требуемой вязкостью и консистенцией благодаря формированию сеточных структур за счет образования межмолекулярных связей;

2) состоит только из высокоупорядоченных кристаллических участков;

3) водный гель с содержанием 1,25-2% абсолютно сухих веществ является идеально прозрачным материалом, обладает высокой степенью внутренней прочности, имеет большую площадь поверхности с активными ОН-группами;

4) обладает высокими абсорбирующими и адсорбирующими свойствами;

5) имеет коэфициент влагоудержания достигает 80 и более.

Технический результат достигается тем, что исходное сырье измельчают и просеивают до размера фракции 0,2-1 мм, запаривают в умягченной воде температурой 40-47°С в течение 0,5-1,5 часов, при гидромодуле 1:24-1:30, при постоянном перемешивании, отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании, проводят четыре отмывки при аналогичных условиях умягченной водой температурой 40-47°С, при гидромодуле 1:24-1:30 в течение 5-20 минут при постоянном перемешивании, отжимают после каждого этапа отмывки, готовят раствор щавелевой кислоты в умягченной воде температурой 40-50°С, с рабочим уровнем рН 1,0-1,3, вносят перекись водорода, проводят кислотный гидролиз отжатой пульпы в приготовленном растворе при температуре 65-82°С, в течение 1,-2,5 часов, при рН=1,0-1,5, при постоянном перемешивании, отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании, проводят три отмывки пульпы при аналогичных условиях, в умягченной воде температурой 40-45°С, с гидромодулем 1:25-1:50, в течение 5-20 минут, при постоянном перемешивании, отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании после каждого этапа отмывки, готовят раствор гидроксида натрия в умягченной воде температурой 40-50°С, проводят щелочной гидролиз отжатой пульпы в приготовленном растворе, повышают температуру до 75-82°С, в течение 1,5-2,5 часов, при постоянно работающей мешалке, отжимают с использованием центрифуги или другого отжимного оборудования, проводят нейтрализацию щелочного гидролиза 50% раствором уксусной кислоты, с достижением рН после нейтрализации 3,0-6,0, проводят троекратную отмывку пульпы умягченной водой температурой 40-45°С в течение 5-20 минут, при постоянно работающей мешалке, отжимают пульпу на центрифуге или другом отжимном оборудовании после каждого этапа отмывки, готовят раствор щавелевой кислоты до рН=0,9-1,3, вносят перекись водорода, проводят кислотный гидролиз отжатой пульпы, при постепенном повышении температуры до 65-75°С, в течение 1,5-2,5 часов, при рН 0,9-1,3, отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании, проводят троекратную отмывку в умягченной воде температурой 40-45°С в течение 5-20 минут при постоянном перемешивании, отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании после каждого этапа отмывки, готовят раствор соляной кислоты в умягченной воде при температуре 40-45°C, pH=0,9-1,3, проводят кислотный гидролиз отжатой пульпы с постепенным повышением температуры до 75-83°C, в течение 1,5-2,5 часов, при pH 1,5-2,0, отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании, проводят троекратную отмывку в умягченной воде температурой 40-45°C в течение 5-20 минут при постоянном перемешивании, отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании после каждого этапа отмывки, готовят водный раствор аммиака в осмотической воде до рабочего pH 9,5-10,5, при температуре 40-45°C, вносят пульпу, вносят первую порцию 33% p-pa перекиси водорода H₂O₂ в количестве 66-67% расчетного объема, производят контролируемый нагрев до температуры 50-55°C, вносят вторую порцию H₂O₂ в количестве 16-17% расчетного объема, производят нагрев до температуры 60-65°C, вносят третью порцию 33% p-pa H₂O₂ в количестве 16-17% расчетного объема, вносят NH₄OH до достижения pH 9,5-10,5, повышают температуру до 75°C, проводят отбелку в течение 1,5-2,5 часов, отжимают пульпу на центрифуге или другом отжимном оборудовании, проводят первую отмывку пульпы в осмотической воде температурой 40-45°C при постоянном перемешивании в течение 5-20 минут, отжимают полученную пульпу на центрифуге или другом отжимном оборудовании, проводят вторую отмывку в осмотической воде при температуре 40-45°C, при постоянно работающей мешалке, в течение 15-25 минут, подают озон через 4-6 минут после начала второй отмывки, без прекращения процесса отмывки, отжимают пульпу на центрифуге или другом отжимном оборудовании, проводят третью отмывку в осмотической воде температурой 40-45°C при постоянном перемешивании в течение 5-20 минут, отжимают полученную пульпу на центрифуге или другом отжимном оборудовании, готовят раствор водного аммиака в осмотической воде температурой 40-45°C, вносят пульпу, вносят первую порцию 33% перекиси водорода H₂O₂ в количестве 66-67% от расчетного объема, производят контролируемый нагрев до температуры 50-55°C в течение 10-15 минут, вносят вторую порцию H₂O₂ в количестве 16-17% расчетного объема, повышают температуру до 60-65°C, вносят третью порцию H₂O₂ в количестве 16-17% расчетного объема, вносят NH₄OH, повышают температуру до 85-90°C, проводят отбелку в течение 1,5-2,5 часов при pH 10,3, отжимают на центрифуге, проводят первую отмывку осмотической водой температурой 72-80°C в течение 5 минут, проводят вторую отмывку осмотической водой при температуре 60-65°C в течение 5 минут, проводят третью отмывку осмотической водой температурой 50-58°C в течение 5 минут, проводят четвертую отмывку осмотической водой температурой 40-48°C в течение 5 минут.

Технический результат достигается за счет:

1) выбора оптимальных температурных и временных показателей технологических этапов;

2) оптимального сочетания органических и неорганических кислот в процессе кислотных гидролизов, обеспечивающих сохранность волокон и высокую степень реологии продукта;

3) подбора технологической воды оптимального качества;

4) выбора оптимальной последовательности кислотных и щелочного гидролизов;

5) применения операции нейтрализации щелочи по окончанию щелочного гидролиза;

6) дробного внесения перекиси водорода при конкретных температурах и рН на этапе отбелки.

Способ реализуется следующим образом.

В предложенном способе в качестве сырья используют негранулированный жом сахарной свеклы. В качестве технологической воды используют умягченную и осмотическую воду.

Исходное сырье измельчают, фракции размером более 1 мм отправляют на повторное измельчение, твердый отход с размером фракции менее 1 мм удаляют на специальную переработку. Фракции размером более 1 мм повторно измельчают и фракционируют. Фракцию размером 0,2-1 мм используют для производства нанокристаллической целлюлозы.

Технология производства включает 7 этапов: (1) запаривание фракции с четырехкратной отмывкой; (2) первый кислотный гидролиз с троекратной отмывкой; (3) щелочной совмещенный гидролиз с троекратной отмывкой; (4) второй кислотный гидролиз с троекратной отмывкой; (5) третий кислотный гидролиз с троекратной отмывкой; (6) первую отбелку с троекратной отмывкой; (7) вторую отбелку с четырехкратной отмывкой.

(1) Запаривание фракции с четырехкратной отмывкой.

Измельченный жом сахарной свеклы с размером фракции 0,2-1 мм, оптимально 0,2-0,5 мм, заливают умягченной водой температурой 40-47°С, оптимально 45°С, с формированием гидромодуля 1:24-1:30, оптимально 1:25, и выдерживают при заданной температуре от 30 минут до 1,5 часов, оптимально 1 час, при постоянном перемешивании. По истечении указанного времени производят отжим на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

Далее проводят первую отмывку отжатой пульпы. Пульпу заливают умягченной водой температурой 40-47°С, оптимально 45°С, с формированием гидромодуля 1:24-1:30, оптимально 1:24, и выдерживают при заданной температуре 5-20 минут, оптимально 15 минут, при перемешивании. Затем производят отжим на центрифуге или другом отжимном оборудовании. Вторую, третью и четвертую отмывки производят при аналогичных условиях.

(2) Первый кислотный гидролиз с троекратной отмывкой.

Готовят раствор щавелевой кислоты в умягченной воде температурой 40-50°С, предпочтительно 45°С, с рабочим уровнем рН 1,0-1,3, оптимально 1,1, вносят перекись водорода. В подготовленный гидромодуль вносят пульпу, постепенно нагревают до температуры 65-82°С, оптимально 80°С, и выдерживают при заданной температуре в течение 1,-2,5 часов, оптимально 2 часов, при рН=1,0-1,5, предпочтительно 1,1, при постоянном перемешивании. По истечении указанного времени производят отжим на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

Далее проводят три отмывки пульпы. В процессе первой отмывки отжатую пульпу помещают в умягченную воду температурой 40-45°С, с гидромодулем 1:25-1:50, оптимально 1:-50. Отмывку производят в течение 5-20 минут, оптимально 15 минут, при постоянном перемешивании. Затем проводят отжим на центрифуге или другом отжимном оборудовании. Вторую и третью отмывки производят при аналогичных условиях.

(3) Щелочной совмещенный гидролиз с троекратной отмывкой.

Готовят раствор гидроксида натрия в умягченной воде температурой 40-50°С, оптимально 45°С. В подготовленный раствор вносят пульпу, постепенно нагревают до температуры 75-82°С, оптимально 80°С, и выдерживают при заданной температуре в течение 1,5-2,5 часов, оптимально 2 часов, при постоянно работающей мешалке. Затем производят отжим с использованием центрифуги или другого отжимного оборудования.

Нейтрализацию щелочного гидролиза проводят 50% раствором уксусной кислоты, рН после нейтрализации 3,0-6,0, оптимально 5,3.

Затем производят первую отмывку пульпы умягченной водой температурой 40-45°С в течение 5-20 минут, оптимально 15 минут, при постоянно работающей мешалке. Затем производят отжим полученной пульпы на центрифуге или другом отжимном оборудовании. Вторую и третью отмывки проводят при аналогичных условиях.

(4) Второй кислотный гидролиз с троекратной отмывкой.

В умягченную воду температурой 40-45°С, оптимально 45°С, добавляют щавелевую кислоту до рН=0,9-1,3, оптимально 1,0, вносят перекись водорода 33% р-р. В подготовленный гидромодуль помещают отжатую пульпу, постепенно нагревают до температуры 65-75°С, оптимально 70°С, и выдерживают при заданной температуре в течение 1,5-2,5 часов, оптимально 2 часов, при рН 0,9-1,3, оптимально 1,0. По истечении указанного времени полученную пульпу отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

Затем проводят первую отмывку с использованием умягченной воды температурой 40-45°C в течение 5-20 минут, оптимально 15 минут, при постоянном перемешивании. Затем производят отжим полученной пульпы на центрифуге или другом отжимном оборудовании. Вторую и третью отмывки производят при аналогичных условиях.

(5) Третий кислотный гидролиз с троекратной отмывкой.

В умягченную воду при температуре 40-45°C, оптимально 45°C, добавляют 35%-ную соляную кислоту до pH=0,9-1,3, оптимально 1,0. В подготовленный гидромодуль помещают отжатую пульпу, постепенно нагревают до температуры 75-83°C, оптимально 80°C, и выдерживают при заданной температуре в течение 1,5-2,5 часов, оптимально 2 часов, при pH 1,5-2,0, оптимально 1,9. По истечении указанного времени полученную пульпу отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

Затем проводят первую отмывку с использованием умягченной воды температурой 40-45°C в течение 5-20 минут, оптимально 15 минут, при постоянном перемешивании. Затем производят отжим полученной пульпы на центрифуге или другом отжимном оборудовании. Вторую и третью отмывки производят при аналогичных условиях.

(6) Первая отбелка с троекратной отмывкой

При отбелке в качестве отбеливающего реагента используют перекись водорода, в качестве щелочного реагента - водный аммиак.

В осмотическую воду добавляют водный аммиак NH₄OH до рабочего pH 9,5-10,5, оптимально 10,0, вносят пульпу и при температуре 40-45°C, оптимально 45°C, вносят первую порцию 33% p-pa перекиси водорода H₂O₂ (66-67% расчетного объема). Далее производят контролируемый нагрев до температуры 50-55°C в течение 10-15 минут и вносят вторую порцию H₂O₂ (16-17% расчетного объема). При достижении температуры 60-65°C вносят третью порцию 33% p-pa H₂O₂ (16-17% расчетного объема) и NH₄OH до достижения pH 9,5-10,5, оптимально 10,0. При достижении температуры 75°C проводят отбелку в течение 1,5-2,5 часов, оптимально 2 часов. По истечении указанного времени пульпу отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

Далее производят первую отмывку пульпы, используя осмотическую воду температурой 40-45°C при постоянном перемешивании в течение 5-20 минут, оптимально 15 минут. Затем производят отжим полученной пульпы на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

Далее проводят вторую отмывку с использованием осмотической воды температурой 40-45°C при постоянно работающей мешалке. Через 4-6 минут после начала отмывки, оптимально 5 минут, подают озон. Подачу озона продолжают в течение 15-25 минут, оптимально 20 минут, не прекращая процесс отмывки. Общее время второй отмывки составляет 20-25 минут, оптимально 20 минут. Затем производят отжим полученной пульпы на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

Третью отмывку производят, используя осмотическую воду температурой 40-45°C при постоянном перемешивании в течение 5-20 минут, оптимально 15 минут. Затем производят отжим полученной пульпы на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

(7) Вторая отбелка с четырехкратной отмывкой.

В осмотическую воду температурой 40-45°C, оптимально 45°C, добавляют водный аммиак, затем вносят пульпу и при температуре 40-45°C, оптимально 45°C, вносят первую порцию 33% перекиси водорода H₂O₂ (66-67% расчетного объема). Далее производят контролируемый нагрев до температуры 50-55°C в течение 10-15 минут, оптимально 50°C, и вносят вторую порцию H₂O₂ (16-17% расчетного объема). При достижении температуры 60-65°C, оптимально 60°C, вносят третью порцию H₂O₂ (16-17% расчетного объема) и NH₄OH. При достижении температуры 85-90°C проводят отбелку в течение 1,5-2,5 часов, оптимально 2 часов, при pH 10,3. По истечении указанного времени пульпу отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

Далее проводят первую отмывку осмотической водой температурой 72-80°C, оптимально 75°C, в течение 5 минут, вторую отмывку проводят с использованием осмотической воды при температуре 60-65°C, оптимально 65°C, в течение 5 минут, третью проводят осмотической водой температурой 50-58°C, оптимально 55°C, в течение 5 минут, четвертую отмывку проводят осмотической водой температурой 40-48°C, оптимально 45°C, в течение 5 минут.

В результате получают однородный гелеобразный нанокристаллический целлюлозный продукт без запаха, с обезличенным вкусом, с коэффициентом влагоудержания 65,7, состоящий только из высокоупорядоченных кристаллических участков целлюлозы, идеально прозрачный (через пробирку с гелем можно читать печатный текст), с высокой степенью внутренней прочности, большой площадью поверхности с активными OH-группами, с низкой степенью стойкости (удерживается на стенках пробирки через 7 дней). Благодаря высокой степени очистки полученный продукт может быть использован в качестве сорбентов для жидкостной хромотографии, высокоселективных экспресс-тестовых систем, при производстве сывороток, вакцин, иммуномодуляторов, антигистаминных препаратов, для производства косметики в качестве натурального загустителя, а также в пищевой промышленности.

Далее изобретение описано в приведенном ниже не ограничивающем область данного изобретения примере.

Пример №1.

Измельченный негранулированный жом сахарной свеклы с размером фракции 0,2-0,5 мм в количестве 200 г залили умягченной водой температурой 45°С до гидромодуля 1:16, выдержали при заданной температуре 1,5 часа. По истечении 1,5 часов произвели отжим на центрифуге.

Затем провели отмывку пульпы в умягченной воде температурой 45°С при гидромодуле 1:24 в течение 15 минут при постоянном перемешивании. Провели еще три отмывки при аналогичных условиях. На выходе получили 1000 г вещества влажностью 82,5%.

Для проведения первого кислотного использовали 4 л умягченной воды температурой 45°С, при постоянном перемешивании добавили 335 г щавелевой двухводной C₂H₂O₄×2H₂O, внесли перекись водорода. В подготовленный гидромодуль внесли пульпу, постепенно повысили температуру до 80°С и выдержали при заданной температуре в течение 2 часов при рН 1,1 при постоянном перемешивании. Затем произвели отжим на центрифуге.

Произвели отмывку пульпы, используя 6 л умягченной воды температурой 40-45°С, в течение 15 минут, при постоянном перемешивании. Затем произвели отжим пульпы на центрифуге. Операцию отмывки-отжима провели еще дважды при аналогичных условиях. Выход пульпы влажностью 82,5% составил 393,7 г.

Для проведения щелочного гидролиза использовали 4 л умягченной воды температурой 45°С, в которую добавили 259,5 мл 45% NaOH, рН 11,9. В подготовленный раствор внесли пульпу, произвели постепенный нагрев до температуры 80°С и выдержали при заданной температуре в течение 2 часов при постоянно работающей мешалке. Для нейтрализации остатков щелочи использовали 50% раствор СН₃СООН до рН 5,3. Затем произвели отжим с использованием центрифуги.

Произвели отмывку пульпы, используя 6 л умягченной водоы температурой 40-45°С в течение 15 минут при постоянно работающей мешалке. Затем произвели отжим полученной пульпы на центрифуге. Операцию отмывки-отжима произвели еще два раза при аналогичных условиях. Выход пульпы с влажностью 84,3% составил 240,3 г.

Для проведения второго кислотного гидролиза использовали 2 л умягченной воды температурой 45°С, в которую при постоянном перемешивании добавили 335,4 г щавелевой кислоты двухводной C₂H₂O₄×2H₂O, внесли перекись водорода 33% р-р. В подготовленный гидромодуль поместили отжатую пульпу, произвели постепенный нагрев до температуры 70°C и выдержали в течение 2 часов при pH 1,0. По истечении указанного времени произвели отжим полученной пульпы на центрифуге.

Затем произвели первую отмывку с использованием 6 л умягченной воды температурой 40-45°C в течение 15 минут при постоянном перемешивании. Затем произвели отжим полученной пульпы на центрифуге. Операцию отмывки-отжима повторили еще дважды при аналогичных условиях. Выход пульпы влажностью 84,5% составил 211 г.

Для проведения третьего кислотного гидролиза использовали 2 л умягченной воды температурой 45°C, в которую добавили 35%-ную соляную кислоту. В подготовленный гидромодуль поместили отжатую пульпу, произвели постепенный нагрев до температуры 80°C и выдержали при заданной температуре в течение 2 часов, при pH 1,9. По истечении указанного времени произвели отжим на центрифуге.

Затем произвели первую отмывку с использованием 6 л умягченной воды температурой 40-45°C в течение 15 минут при постоянном перемешивании. Затем произвели отжим на центрифуге. Операцию отмывки-отжима повторили еще дважды при аналогичных условиях. Выход пульпы влажностью 83,39% составил 178,8 г.

Для проведения отбелки использовали 1,5 л осмотической воды температурой 45°C, в которую добавили 10 мл водного аммиака NH₄OH до рабочего pH 10,0. В полученный раствор внесли отжатую пульпу, внесли первую 800 мл H₂O₂, произвели контролируемый нагрев до температуры 50°C в течение 10 минут, внесли 200 мл H₂O₂, произвели контролируемый нагрев до температуры 60°C, внесли 200 мл H₂O₂ и 33 мл NH₄OH, произвели контролируемый нагрев до 75°C, выдержали при заданной температуре и pH 10,0; в течение 2 часов. Затем произвели отжим на центрифуге.

Далее произвели первую отмывку пульпы, используя 6 л осмотической воды температурой 40-45°C при постоянном перемешивании в течение 15 минут. Затем произвели отжим полученной пульпы на центрифуге.

Далее произвели вторую отмывку с использованием 6 л осмотической воды температурой 40-45°C при постоянно работающей мешалке, с подачей озона через 5 минут после начала отмывки, в течение 15 минут, общее время второй отмывки составило 20 минут. Затем произвели отжим на центрифуге.

Третью отмывку произвели с использованием 6 л осмотической воды температурой 40-45°C при постоянном перемешивании в течение 15 минут. Затем произвели отжим на центрифуге. Выход пульпы влажностью 95% составил 238 г.

Для проведения второй отбелки в осмотическую воду объемом 1,5 л, температурой 45°C добавили 10 мл водного аммиака NH₄OH, затем внесли отжатую пульпу, при температуре 45°C внесли 700 мл перекиси водорода H₂O₂, произвели контролируемый нагрев до температуры 50°C, внесли 150 мл H₂O₂, произвели контролируемый нагрев до 60°C, внесли 150 мл H₂O₂ и 35 мл NH₄OH, произвели контролируемый нагрев до 85°C, выдержали при температуре 85-90°C в течение 2 часов при pH 10,3. Затем произвели отжим на центрифуге.

Далее произвели первую отмывку, используя 1 л осмотической воды температурой 75°C в течение 5 минут, произвели отжим на центрифуге, произвели вторую отмывку, используя 1 л осмотической воды температурой 65°C в течение 5 минут, произвели отжим на центрифуге, произвели третью отмывку, используя 1 л осмотической воды температурой 55°C в течение 5 минут, произвели отжим на центрифуге, произвели четвертую отмывку пульпы с использованием 1 л осмотической водоы температурой 45°C в течение 5 минут, произвели отжим на центрифуге. Получили 207 г нанокристаллической целлюлозы влажностью 96,2%.

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается способа получения нанокристаллических целлюлозных волокон из растительного сырья. Способ включает фракционирование исходного сырья, запаривание фракции с четырехкратной отмывкой, первый кислотный гидролиз с троекратной отмывкой, щелочной совмещенный гидролиз с троекратной отмывкой, второй кислотный гидролиз с троекратной отмывкой, третий кислотный гидролиз с троекратной отмывкой, первую отбелку с троекратной отмывкой, вторую отбелку с четырехкратной отмывкой. Изобретение обеспечивает улучшение качества готового продукта и оптимизацию технологического процесса. 1 пр.

Способ получения наноцеллюлозы, включающий измельчение и просеивание исходного сырья с получением фракции размером 0,2-1 мм, запаривание в умягченной воде температурой 40-47°C, с формированием гидромодуля 1:24-1:30, в течение 0,5-1,5 часов, при постоянном перемешивании, отжим на центрифуге, четырехкратную отмывку умягченной водой температурой 40-47°C, при гидромодуле 1:24-1:30 в течение 5-20 минут при постоянном перемешивании, отжим после каждого этапа отмывки, приготовление раствора щавелевой кислоты в умягченной воде температурой 40-50°C, с рабочим уровнем pH 1,0-1,3, внесение перекиси водорода, кислотный гидролиз отжатой пульпы в приготовленном растворе при температуре 65-82°C, в течение 1,-2,5 часов, при pH=1,0-1,5, при постоянном перемешивании, отжим на центрифуге, троекратную отмывку пульпы в умягченной воде температурой 40-45°C, с гидромодулем 1:25-1:50, в течение 5-20 минут, при постоянном перемешивании, отжим на центрифуге после каждого этапа отмывки, приготовление раствора гидроксида натрия в умягченной воде температурой 40-50°C, щелочной гидролиз отжатой пульпы в приготовленном растворе, с повышением температуры до 75-82°C, в течение 1,5-2,5 часов, при постоянно работающей мешалке, отжим с использованием центрифуги, нейтрализацию щелочного гидролиза 50% раствором уксусной кислоты, с достижением pH после нейтрализации 3,0-6,0, троекратную отмывку пульпы умягченной водой температурой 40-45°C в течение 5-20 минут, при постоянно работающей мешалке, отжим пульпы на центрифуге после каждого этапа отмывки, приготовление раствора щавелевой кислоты до pH=0,9-1,3, внесение перекиси водорода, кислотный гидролиз отжатой пульпы, при постепенном повышении температуры до 65-75°C, в течение 1,5-2,5 часов, при pH 0,9-1,3, отжим на центрифуге, троекратную отмывку в умягченной воде температурой 40-45°C в течение 5-20 минут при постоянном перемешивании, отжим на центрифуге после каждого этапа отмывки, приготовление раствора соляной кислоты в умягченной воде при температуре 40-45°C, pH=0,9-1,3, проведение кислотного гидролиза отжатой пульпы с постепенным повышением температуры до 75-83°C, в течение 1,5-2,5 часов, при pH 1,5-2,0, отжим на центрифуге, троекратную отмывку в умягченной воде температурой 40-45°C в течение 5-20 минут при постоянном перемешивании, отжим на центрифуге после каждого этапа отмывки, приготовление водного раствора аммиака в осмотической воде до рабочего pH 9,5-10,5, при температуре 40-45°C, внесение пульпы, внесение первой порции 33% p-pa перекиси водорода H₂O₂ в количестве 66-67% расчетного объема, контролируемый нагрев до температуры 50-55°C в течение 10-15 минут, внесение второй порции H₂O₂ в количестве 16-17% расчетного объема, повышение температуры до 60-65°C, внесение третьей порции 33% p-pa H₂O₂ в количестве 16-17% расчетного объема, внесение NH₄OH до достижения pH 9,5-10,5, повышение температуры до 75°C, проведение отбелки в течение 1,5-2,5 часов, отжим пульпы на центрифуге, первую отмывку пульпы в осмотической воде температурой 40-45°C при постоянном перемешивании в течение 5-20 минут, отжим полученной пульпы на центрифуге, вторую отмывку в осмотической воде при температуре 40-45°C, при постоянно работающей мешалке, в течение 15-25 минут, подача озона через 4-6 минут после начала второй отмывки, без прекращения процесса отмывки, отжим пульпы на центрифуге, третью отмывку в осмотической воде температурой 40-45°C при постоянном перемешивании в течение 5-20 минут, отжим полученной пульпы на центрифуге, приготовление раствора водного аммиака в осмотической воде температурой 40-45°C, внесение пульпы, внесение первой порции 33% перекиси водорода H₂O₂ в количестве 66-67% расчетного объема, контролируемый нагрев до температуры 50-55°C в течение 10-15 минут, внесение второй порции H₂O₂ в количестве 16-17% расчетного объема, повышение температуры до 60-65°C, внесение третьей порции H₂O₂ в количестве 16-17% расчетного объема, внесение NH₄OH, повышение температуры до 85-90°C, проведение отбелки в течение 1,5-2,5 часов при pH 10,3, отжим на центрифуге, первую отмывку осмотической водой температурой 72-80°C в течение 5 минут, вторую отмывку осмотической водой при температуре 60-65°C в течение 5 минут, третью отмывку осмотической водой температурой 50-58°C в течение 5 минут, четвертую отмывку осмотической водой температурой 40-48°C в течение 5 минут.