تولید خمیرکاغذ حل‌شونده با فرایند سودا-آنتراکینون از الیاف ساقۀ کنف خودهیدرولیزشده در مفهوم پالایش زیستی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکدۀ مهندسی فناوری‌های نوین، دانشگاه شهید بهشتی

2 استادیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه زابل

3 دانش‌آموختۀ دکتری تخصصی، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه تهران

4 دانش‌آموختۀ کارشناسی ارشد، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

خمیرکاغذهای حل‌شونده واجد آلفاسلولز بالا، اغلب از چوب و لینترپنبه تولید می‌شوند و کاربرد وسیعی در تولید فراورده‌های متعدد سلولزی مانند میکروسلولزها، نانوسلولزها و مشتقات متنوع سلولزی دارند. محدودیت دسترسی به چوب و پنبه، سبب اجرای پژوهش‌های فراوانی در زمینۀ گیاهان غیرچوبی به‌عنوان منبع اولیۀ این نوع خمیرکاغذ شده است. استفادۀ حداکثری زیست‌توده از طریق استخراج و تبدیل اجزای غیرمفید در هر کاربرد (مواد غیرسلولزی در خمیرکاغذهای حل‌شونده) هدف پالایش زیستی است. از این‌رو در این پژوهش با رویکرد پالایش زیستی، چیپس‌های ساقۀ کنف ابتدا با آب داغ پیش‌هیدرولیز شده و براساس افت بازدهی (27 درصد)، تیمار بهینه (دمای 160 درجۀ سانتی‌گراد و زمان ماند 40 دقیقه)، تحت پخت سودا- آنتراکینون در سطوح قلیایی و زمانی مختلف قرار گرفتند. مبتنی بر درجۀ روشنی و خلوص بهینه، خمیرکاغذ پخت‌شده در 22 درصد قلیا و 90 دقیقه با عدد کاپای 17/8 و بازدهی پخت 65/9 درصد توسط توالی AD1EpD2P براساس فاکتور کاپاهای 0/45، 4/0 و 0/3 رنگبری شد. نتایج پیش‌هیدرولیز نشان‌دهندۀ افت بازدهی و اسیدیته به‌واسطۀ خروج همی‌سلولزها و تشدید آن با افزایش زمان است که از منظر پالایش زیستی و الزامات آلفاسلولز مفید است. رنگبری در فاکتور کاپای 0/45 عدد کاپا را به 1 کاهش داد که بازدهی 30/6 درصد (نسبت به ساقۀ کنف)، مقدار آلفاسلولز 94/1 درصد، گرانروی cP 6/4، خاکستر (0/51 درصد)، درجۀ پلیمریزاسیون 1670 و روشنی 80/9 درصد را سبب شد. افزایش فاکتور کاپا سبب کاهش بازدهی (2/2 درصد) و مقدار خاکستر (0/25 درصد) و افزایش گرانروی (2 درصد)، روشنی (4/3 درجه) و درجۀ پلیمریزاسیون (360 واحد) شد. بنابراین ساقۀ کنف را می‌توان مادۀ اولیۀ غیرچوبی مناسبی برای تولید آلفاسلولز درنظر گرفت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Dissolving pulp production from auto-hydrolyzed Kenaf stalk fibers by Soda-AQ process in biorefinery approach

نویسندگان [English]

  • H. Jalali Torshizi 1
  • M. Dahmardeh Ghalehno 2
  • A. Khalili Gasht Roudkhani 3
  • M.H. Esmaeili 4
1 Assist. Prof., Faculty of New Technologies Engineering, Shahid Beheshti University, I.R. Iran
2 Assist. Prof., Department of Wood and Paper Science and Technology, University of Zabol, I.R. Iran
3 Ph.D Graduated, Department of Wood and Paper Science and Technology, University of Tehran, I.R. Iran
4 M.Sc. Graduated, Goragan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, I.R. Iran
چکیده [English]

Dissolving pulp, generally producing from wood and cotton linter and is determined as high α-cellulose which is widely used by numerus cellulosic products like microcelluloses, nanocelluloses and various cellulose derivatives. Huge attempts have been focused on non-woods as pulping raw materials, due to limitations of the resources of wood and cotton. Extreme exploitation of biomass via extraction and conversion of unsuitable components respect to a special application (non-cellulosic materials in dissolving pulp) is biorefinery purpose. Toward biorefinery approach, in this study Kenaf (Hibiscus cannabinus) stalk pre-hydrolyzed by hot water and the optimum residence time (40min) at 160 oC was selected based on the stalk yield loss (27 wt%) and then subjected to soda-anthraquinone pulping at different alkaline and time levels. Concerning optimum purity and brightness, the pulped biomass under 22 wt% alkalinity at 90 min with 17.8 kappa NO and pulping yield of 65.9 wt% was followed by AD1EpD2P bleaching sequences based on kappa factors of 0.3, 0.4 and 0.45. Pre-hydrolyze treatment revealed that the yield and acidity reduced due to hemicelluloses removal that were increased by longer times which is valuable respected to the biorefinery approach and α-cellulose requirements. Bleaching Kappa factor of 0.45 resulted in: kappa NO. 1, yield 30.6 wt% (based on the kenaf stalk), α-cellulose 94.1 wt%, viscosity 6.4 cP, ash content 0.51%, DP 1670, and brightness 80.9 respectively. Kappa factor increment led to yield (-2.2%) and ash (-0.25%) loss, together with increase in viscosity (+2%), brightness (+4.3%) and degree of polymerization (+360). Therefore, kenaf stalk could be used as a proper non woody feedstock for α-cellulose production.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alpha-cellulose
  • Biorefinery
  • Dissolving pulp
  • Kenaf stalk
  • Pre-hydrolyze