Технологічна інформація-Вип. 16 N ° 1-2005, с.: 83-88
РІЗНІ ПУНКТИ
Отримання целюлози з бананових сільськогосподарських відходів
Виробництво целюлози із сільськогосподарських відходів бананових рослин
G. Canché-Escamilla 1 *, J.M. Де-лос-Сантос-Ернандес 2, С. Андраде-Канто 1, Р. Гомес-Крус 2
(1) Centre de Investigación Científica de Yucatán, A.C., Calle 43 No. 130, Col. Chuburná, 97200 Mérida Yucatán, Мексика (електронна пошта: [email protected])
(2) Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Av. Universidad s/n, Zona de la Cultura, Villahermosa, 86280, Tabasco, Mexico
* Автор, якому слід адресувати листування.
У цій роботі представлено дослідження щодо можливості отримання целюлози із сільськогосподарських залишків бананів (псевдостебла та зяблика), використовуючи процедуру, розроблену в Centro de Investigación Científica de Yucatán-México. Процес складається з чотирьох стадій: кислотний гідроліз, хлорування, лужне вилучення та відбілювання. Целюлоза характеризувалася термогравіметрією, FTIR-спектроскопією та визначенням молекулярної маси. Кращі врожаї були отримані з волокнами зяблика. Целюлоза, отримана з псевдостебла, являла собою агломерацію волокон за рахунок залишків лігніну та геміцелюлози. Стадія хлорування впливає на молекулярну масу целюлози, отриманої з волокон зяблика, отримуючи молекулярні маси 90 000 та 49 000, коли на стадії хлорування використовували pH 9,2 та 8,4 відповідно. Отримані характерні спектри FTIR целюлози, що підтверджує доцільність використання цього процесу для усунення нецелюлозного матеріалу.
У цій роботі представлено дослідження доцільності вилучення целюлози із сільськогосподарських відходів бананових рослин (псевдостебло та пінзоте), використовуючи процедуру, розроблену в Науково-дослідному центрі Юкатан-Мексика. Чотириступеневий процес включав гідроліз кислоти, хлорування, лужну екстракцію та відбілювання. Целюлоза характеризувалася термогравіметрією, спектроскопією FTIR та вимірюванням молекулярної маси. Найкращі врожаї були отримані при використанні волокна пінзоту. Целюлоза, отримана з псевдостебла, мала агломеровані волокна через наявність залишків геміцелюлози та лігніну. Етап хлорування впливав на молекулярну масу волокон, отриманих з пінзоти, з молекулярною масою 90 000, отриманих при використанні рН 9,2, і 44 000, отриманих при використанні рН 8,4. Отримані спектри FTIR були характерними для целюлози, що свідчило про доцільність використання цього процесу для усунення нецелюлозного матеріалу.
Ключові слова: виробництво целюлози, сільськогосподарські відходи, банан, термогравіметрія
ВСТУП
Тверді відходи - це відходи, що утворюються внаслідок людської діяльності, які, як правило, утилізуються як марні. Вони отримуються як побічний продукт комерційної, промислової або сільськогосподарської діяльності, і, як правило, є великим джерелом забруднення, саме тому зараз шукаються альтернативні способи використання цих відходів (Kadirvelu et al., 2003; Reed and Wiliams, 2003 ) Сільськогосподарська промисловість є одним з основних джерел утворення твердих побутових відходів, яке складається в основному із стебел, коренів, листя або інших частин рослин, які не використовуються в цих процесах (Shah, et al., 2005; Gañan et al., 2004).
Таким чином, бананова промисловість виробляє велику кількість рослинних залишків, оскільки з рослини використовуються лише плоди, змушені утилізувати інші частини рослини: псевдостебло, листя та пінчоту або рахі (частина рослини, яка підтримує грона) фруктів). Оскільки ці матеріали складаються з лігноцелюлозних волокон, їх можна використовувати як сировину для отримання целюлози (Cordeiro et al., 2004) або для отримання композиційних матеріалів (Gañan et al., 2004; González-Chí et al., 2002; Thomas et al., 1997), що забезпечить додану вартість зазначеним залишкам.
Хоча були проведені дослідження з отримання целюлози із залишків бананів (Cordeiro et al., 2004), процеси, що використовуються в цих роботах для отримання целюлози, дуже подібні до тих, що використовуються у паперовій промисловості, які призначені для матеріалів з високим вмістом лігніну змісту. З іншого боку, на CICY був розроблений процес отримання целюлози з рослинних волокон із низьким вмістом лігніну (Cazaurang та ін., 1990), який складається з чотирьохступеневого процесу: кислотного гідролізу, хлорування, лужного гідролізу та відбілювання. Цей процес було успішно застосовано для отримання целюлози з лігноцелюлозних волокон, видобутих з агав (Andrade та ін., 1998, Marquez та ін., 1996) із вмістом лігніну 12-16%. У цих роботах було встановлено, що стадії хлорування та лужної екстракції є стадіями, які найбільше впливають на характеристики отриманої целюлози. Оскільки волокна зяблика та псевдостебла банана мають низький вміст лігніну, було вивчено доцільність застосування процесу, розробленого в CICY, для отримання целюлози із зазначених сільськогосподарських залишків.
МЕТОДОЛОГІЯ
Сільськогосподарські залишки (псевдостебло та зяблик) банана були отримані з плантацій Finca la Candelaria у місті Тепа, Табаско, Мексика. Псевдостебла розрізали на 30-сантиметрові ділянки, промили водою і висушили на сонці. Волокна зяблику отримували обробкою 10% гідроксидом натрію для усунення містяться в ньому восків, пектинів та смол, а пізніше їх дефібрирували вручну. Целюлозу отримували за методикою, описаною в літературі (Andrade, 1998), процес проводили в трьох примірниках для кожного із залишків. Кінцевий рН стадії хлорування (9,2 та 8,4), а також концентрація NaOH (20 та 25%) змінювались під час лужного гідролізу, щоб визначити вплив цих змінних на властивості целюлози. Волокна сушили при кімнатній температурі, а потім у вакуумній печі.
Волокна до і після процесу отримання целюлози спостерігали в скануючому електронному мікроскопі (SEM) марки JEOL, модель LV6360. Волокна були покриті шаром золота для поліпшення контрастності.
Інфрачервоні спектри целюлози були отримані з використанням інфрачервоного спектрофотометра з перетворенням Magna Fourier моделі Protégé 460 Magna Fourier NICOLET у діапазоні довжин хвиль від 4000 см -1 до 400 см -1. Термогравіметричний аналіз целюлози, отриманої із залишків бананів, проводили на термогравіметричній вазі Perkin Elmer моделі TGA-7, використовуючи швидкість нагрівання 10 ° C/хв і температурний діапазон від 30 ° C до 600 ° C. атмосфера азоту.
Молекулярна маса целюлози визначалася на основі молекулярної маси целюлозного похідного (трикарбанілату целюлози). Це похідне було отримано згідно з процедурою, описаною в літературі (El Ashmawy et al., 1974), а молекулярну масу трикарбанілату целюлози отримували віскометрією з використанням віскозиметра типу Уббелгода. Значення констант Марка-Хоувінка становили: a = 0,89 і K = 2,51 x 10 -3 .
РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ
На малюнку 1 показані мікрофотографії, отримані за допомогою СЕМ волокон вьюрка та псевдостебла. Можна помітити, що волокна зяблика мають діаметр більше, ніж волокна псевдостебла, обидва волокна утворені целюлозними фібрилами, агломерованими геміцелюлозою та лігніном, які діють як цементуючі і які повинні бути усунені в процесі отримання целюлозних волокон.
(b)
Рис. 1: СЕМ мікрофотографії волокон перед процесом виробництва целюлози. а) Зяблик і б) Псевдостем
На малюнку 2 показані мікрофотографії целюлозного волокна, отриманого з псевдостебла та в’юрка банана. Видно, що целюлозні волокна, отримані із защемлених волокон, відокремлені одне від одного, більшість волокон мають гладку поверхню без залишків (рис. 2а та 2б), що свідчить про кращу ефективність у видаленні лігніну та геміцелюлози. З іншого боку, целюлозне волокно, отримане з псевдостебла, містить, крім вільних волокон, агломерації волокон, в яких все ще оцінюється наявність залишків лігніну та целюлози (рис. 2в і 2г), що вказує на те, що в цьому випадку нижча ефективність у видаленні обох компонентів в процесі отримання целюлози. Така поведінка спостерігалася у зразках, незалежно від обробки, що застосовується при екстракції целюлози.
Спектри FTIR целюлози були дуже схожі між собою, незалежно від волокна (щіпки або псевдостебла), з якого вона отримана, та умов обробки. Спектр був характерний для целюлози типу II, отриманої після обробки гідроксидом натрію самородної целюлози (тип I), присутньої у волокнах.
Таблиця 1: Вихід сирої клітковини та целюлози із сільськогосподарських залишків бананів.