Tổng quan về sợi đay và sợi được chiết xuất bằng phương pháp axit sunfuric
Là một sợi thực vật tự nhiên, sợi đay có nhiều lợi thế như năng suất cao, giá thấp và tính chất cơ học tuyệt vời. Nó được sử dụng rộng rãi trong trang trí, bao bì, dệt may, y tế và các lĩnh vực khác. Tuy nhiên, ngoài cellulose, sợi đay còn chứa các tạp chất như hemicellulose, lignin và pectin. Sự hiện diện của các tạp chất này giới hạn việc áp dụng sợi đay trong các lĩnh vực cao cấp. Do đó, chiết hiệu hiệu quả của cellulose đay đã trở thành chìa khóa để tăng giá trị gia tăng của sợi đay. Hiện tại, các phương pháp hóa học, vật lý và sinh học là các phương pháp phổ biến để chuẩn bị cellulose, nhưng tất cả chúng đều có các khiếm khuyết như quá trình chuẩn bị lâu dài, nhiều bước sấy và tiêu thụ năng lượng cao. Ngoài ra, nồng độ cao của axit và kiềm có ảnh hưởng lớn đến mức độ trùng hợp và cấu trúc của cellulose trong điều kiện nhiệt độ cao, ảnh hưởng đến hiệu suất ứng dụng của cellulose. Trong bối cảnh đó, quá trình lò phản ứng axit sunfuric ra đời, mang lại những đột phá mới trong việc chiết xuất cellulose đay.
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp axit sunfuric để chiết xuất cellulose là thủy phân sợi đay bằng axit sunfuric để loại bỏ vùng không tinh thể trong cấu trúc cellulose, do đó thu được cellulose với độ tinh thể cao. Thủy phân axit sunfuric không chỉ làm suy giảm vùng không hoàn toàn của cellulose, mà còn giới thiệu các nhóm nửa thứ hai sunfat trên bề mặt cellulose, giúp cải thiện khả năng phân tán và ổn định của cellulose.
Phương pháp chiết xuất cellulose đay truyền thống
(I) Phương pháp trích xuất truyền thống
Hiện tại, sợi đay được sử dụng theo truyền thống trong một loạt các trường và các phương pháp chiết của nó chủ yếu bao gồm phương pháp hóa học, phương pháp vật lý, phương pháp sinh học hoặc kết hợp một số phương pháp. Ví dụ, quá trình sản xuất cellulose đay bằng phương pháp hóa học truyền thống là tiền xử lý bằng sợi - Đun sôi nhiệt độ cao - Điều trị natri chlorite - Xử lý kiềm - rửa nước - sấy khô - cellulose.
(Ii) Hạn chế
Phương pháp truyền thống có nhiều khiếm khuyết. Quá trình chuẩn bị dài và liên quan đến nhiều bước, điều này làm cho toàn bộ quá trình chiết xuất tốn thời gian; Có nhiều bước sấy, làm tăng mức tiêu thụ năng lượng; Tiêu thụ năng lượng cao, và việc sử dụng axit nồng độ cao và kiềm trong điều kiện nhiệt độ cao không chỉ có yêu cầu cao đối với thiết bị, mà còn có tác động lớn đến mức độ trùng hợp và cấu trúc của cellulose, do đó ảnh hưởng đến hiệu suất ứng dụng của cellulose.
Lưu lượng xử lý lò phản ứng axit sunfuric và các thông số chính
(I) Dòng chảy quá trình
1. Tiền xử lý:
• nghiền sợi đay với kích thước hạt thích hợp (chẳng hạn như 0. Sàng 180mm) để xử lý tiếp theo. • Sử dụng nước hoặc các dung môi khác để loại bỏ các thành phần hòa tan trong nước trong sợi đay.
2. Khai thác cellulose:
• Đặt bột sợi đay được xử lý trước vào lò phản ứng và thêm dung dịch axit sunfuric (chẳng hạn như 2% -3% axit sunfuric).
• Phản ứng ở một nhiệt độ nhất định (chẳng hạn như 40 độ) và thời gian (chẳng hạn như 1 giờ) và đảm bảo rằng phản ứng được thực hiện hoàn toàn thông qua thiết bị trào ngược ngưng tụ.
• Sau khi hoàn thành phản ứng, rửa cặn bằng một lượng lớn nước nhiều lần cho đến khi nó trung tính.
3. Tinh chế:
• Rửa cellulose chiết xuất bằng một lượng lớn nước nhiều lần cho đến khi trung tính loại bỏ axit còn lại và tạp chất.
• Lấy cellulose nguyên chất bằng cách lọc và sấy khô (chẳng hạn như sấy khô ở 60 độ).
(Ii) Các tham số chính
• Nhiệt độ: Nhiệt độ xử lý axit được kiểm soát ở mức 50 độ -60. Nhiệt độ có ảnh hưởng quan trọng đến tốc độ phản ứng và hiệu ứng loại bỏ tạp chất. Nhiệt độ quá cao có thể gây ra sự suy giảm cellulose, trong khi nhiệt độ quá thấp sẽ làm chậm tốc độ phản ứng.
• Thời gian: Thời gian cách nhiệt xử lý axit là 45 phút -90 phút. Nếu thời gian quá ngắn, các tạp chất sẽ không được loại bỏ kỹ lưỡng; Nếu thời gian quá dài, hiệu suất của cellulose có thể bị ảnh hưởng.
• Tỷ lệ bồn tắm: Tỷ lệ bồn tắm thường là 1: 10-1: 20. Tỷ lệ tắm phù hợp có thể đảm bảo rằng sợi đay hoàn toàn tiếp xúc với chất lỏng điều trị và cải thiện hiệu quả điều trị.
• Liều lượng axit sunfuric: Liều lượng axit sunfuric được xác định theo các yêu cầu của quá trình, thường là 6g/L -8 g/l. Liều dùng axit sunfuric quá mức sẽ làm tăng chi phí và có thể gây ra sự ăn mòn cho thiết bị; Quá ít liều axit sunfuric sẽ dẫn đến loại bỏ tạp chất kém.
Ưu điểm của quá trình axit sunfuric
(I) Dòng chảy quá trình ngắn
So với các phương pháp truyền thống, lưu lượng quá trình của lò phản ứng axit sunfuric đơn giản hơn và giảm các bước không cần thiết, do đó rút ngắn thời gian chuẩn bị và cải thiện hiệu quả sản xuất.
(Ii) mức tiêu thụ năng lượng thấp
Quá trình này có ít các bước sấy khô hơn và tất cả các quy trình được vận hành dưới áp suất bình thường, làm giảm mức tiêu thụ năng lượng. Đồng thời, các chất phụ gia thân thiện với môi trường được sử dụng và lượng phụ gia hóa học là nhỏ, giúp giảm chi phí sản xuất.
(Iii) Tỷ lệ loại bỏ tạp chất cao
Sau khi được điều trị bằng quá trình lò phản ứng axit sunfuric, hiệu ứng loại bỏ tạp chất trong sợi đay là tốt, đặc biệt là tác dụng loại bỏ lignin và hemicellulose là rất đáng kể. Ví dụ, sau khi điều trị kết hợp hóa học sinh học, hàm lượng hemicellulose trong sợi đay đã giảm từ 10,21%xuống 5,35%, giảm 47,6%; Hàm lượng lignin đã giảm từ 8,25%xuống còn 7,43%, giảm 9,66%, do đó làm tăng hàm lượng cellulose trong sợi đay lên 8,39%.
(Iv) Không có thiệt hại cho cấu trúc và hiệu suất cellulose
Cellulose được sản xuất bởi quá trình này có hàm lượng -cellulose cao và không làm hỏng cấu trúc và hiệu suất cellulose, do đó đảm bảo chất lượng và hiệu suất ứng dụng của cellulose.
Phần kết luận
Quá trình lò phản ứng axit sunfuric đã tạo ra những đột phá mới trong lĩnh vực chiết xuất cellulose đay, với những ưu điểm đáng kể như dòng chảy quá trình ngắn, mức tiêu thụ năng lượng thấp, tốc độ loại bỏ tạp chất cao và không có thiệt hại cho cấu trúc và hiệu suất của cellulose. So với các quy trình truyền thống, quá trình này có thể trích xuất cellulose đay hiệu quả hơn, giảm chi phí sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm và có triển vọng ứng dụng rộng rãi.
Trong tương lai, với sự phát triển và đổi mới liên tục của công nghệ, quá trình lò phản ứng axit sunfuric dự kiến sẽ được tối ưu hóa và cải thiện hơn nữa. Ví dụ, cấu trúc lò phản ứng hiệu quả hơn và điều kiện vận hành có thể được nghiên cứu để cải thiện hiệu quả phản ứng và hiệu ứng loại bỏ tạp chất; Các chế phẩm Bioenzyme mới có thể được phát triển để giảm thêm chi phí sản xuất; và xử lý chất thải và tái chế trong quá trình có thể được tăng cường để đạt được sản xuất xanh. Người ta tin rằng trong tương lai gần, quá trình lò phản ứng axit sunfuric sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong ngành công nghiệp sợi đay, thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp sợi đay theo hướng cao cấp và xanh.