Комплексная утилизация лигносодержащих древесных отходов. C. 188-202

УДК

676.163.4

DOI:

10.37482/0536-1036-2024-3-188-202

Аннотация

Исследована утилизация отходов переработки древесины, образующихся на целлюлозно-бумажных и деревообрабатывающих предприятиях, путем повторного использования при получении полуфабриката высокого выхода для производства бумаги и картона. Экономическая и экологическая целесообразность рекуперации древесных отходов не вызывает сомнений. Цель – разработка технологии и режимов утилизации древесных отходов производства целлюлозы высокого выхода (березовых опилок) и деревообработки (хвойных и смеси хвойных и лиственных стружек). В ходе исследования целлюлозу высокого выхода из березовых опилок получали по непрерывной технологии, как на предприятии «Пермская целлюлозно-бумажная компания», и по периодической, как на большинстве предприятий целлюлозно-бумажной промышленности. Из стружек деревообработки варки проводили только по периодической технологии. Показано, что утилизация березовых опилок с получением волокнистого полуфабриката для применения при производстве бумаги и картона решает важную экономическую проблему целлюлозно-бумажной отрасли, заключающуюся в необходимости снижения расхода балансовой древесины и сохранения лесных ресурсов. Процесс утилизации древесных отходов не требует изменений действующей технологии. При этом получается целлюлоза высокого выхода, которая по показателям качества не уступает аналогичному полуфабрикату из березовой технологической щепы и соответствует нормам предприятия. Выявлено, что стружку древесных отходов из хвойной и лиственной древесины деревообрабатывающих предприятий также можно использовать как сырье для получения целлюлозы высокого выхода, но только совместно с опилками из березовой древесины. Целлюлоза высокого выхода из стружки хвойной и смеси хвойной и лиственной древесины получается повышенного выхода, но с низкой механической прочностью, т. к. нейтрально-сульфитный способ предназначен для изготовления волокнистого полуфабриката только из лиственной древесины; хвойная древесина этим способом не проваривается. Целлюлозу высокого выхода с показателями качества, соответствующими нормам предприятия для этого продукта из технологической щепы, дают соотношения стружек и опилок 50:50 и 70:30. Выход полуфабриката из сырья всех использованных композиций высокий – 75…82 %. Испытания целлюлозы высокого выхода из березовых опилок показали, что волокнистый полуфабрикат может заменить на производстве в композиции бумаги и картона по 20 % м акулатурной массы марки МС-5Б.

Сведения об авторах

Ф.Х. Хакимова, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: IUO-5370-2023, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0409-4548
О.А. Носкова*, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: IUO-5323-2023, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9216-099X
Р.Р. Хакимов, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: IUO-7064-2023, ORCID: https://orcid.org/0009-0007-1782-2552
И.И. Фонарёв, аспирант; ResearcherID: IUO-6822-2023, ORCID: https://orcid.org/0009-0002-9470-8052

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, просп. Комсомольский, д. 29, г. Пермь, Россия, 614990; tcbp@pstu.ru, oa-noskova@mail.ru*, roman_etf@mail.ru, fonarev22@yandex.ru

Ключевые слова

древесные отходы, опилки, стружка, переработка, целлюлоза высокого выхода, бумага для гофрирования, картон, бумажная композиция, качество бумажного волокна, испытания образцов

Для цитирования

Хакимова Ф.Х., Носкова О.А., Хакимов Р.Р., Фонарёв И.И. Комплексная утилизация лигносодержащих древесных отходов // Изв. вузов. Лесн. журн. 2024. № 3. С. 188–202. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-3-188-202

Литература

1. Альберг Н.И., Санжиева С.Е., Салхофер С. Комплексное устойчивое управление отходами. Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. М.: Акад. естествознания, 2016. 308 с. 
2. Беловежец Л.А., Волчатова И.В., Медведева С.А. Перспективные способы переработки вторичного лигноцеллюлозного сырья // Химия растит. сырья. 2010. № 2. С. 5–16. 
3. Васильева Т.В. Обзор сложившихся тенденций использования древесных отходов за рубежом // Лесн. вестн. 2002. № 4. С. 71–73. 
4. Гелес И.С. Древесная биомасса и основы экологически приемлемых технологий ее химико-механической переработки. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2001. 382 с. 
5. Гелес И.С. Древесное сырье – стратегическая основа и резерв цивилизации. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2007. 500 с. 
6. Гелес И.С., Коржицкая З.А. Биомасса дерева и ее использование. Петрозаводск, 1992. 201 с. 
7. Ефремов А.А., Первышина Г.Г. Комплексная схема переработки отходов растительного сырья // Химия растит. сырья. 2001. № 4. С. 123–124.
8. Журавлёва Л.Н., Девятловская А.Н. Основные направления использования древесных отходов // Актуал. проблемы лесн. комплекса. 2007. № 18. С. 96–99. 
9. Иванов И.С. Развитие инновационных экотехнологий, базирующихся на использовании древесных отходов // Экономика и управление. 2009. № 12(50). С. 64–69. 
10. Ковернинский И.Н., Комаров В.И., Третьяков С.И., Богданович Н.И., Соколов О.М., Кутакова Н.А., Селянина Л.И. Комплексная химическая переработка древесины / под ред. проф. И.Н. Ковернинского. Архангельск: АГТУ, 2003. 347 с. 
11. Кузнецова С.А., Яценкова О.В., Данилов В.Г., Кузнецов Б.Н. Окислительная делигнификация древесины лиственницы в среде уксусная кислота – пероксид водорода – вода в присутствии катализатора Н2МоО4 // Химия растит. сырья. 2005. № 4. С. 35–39.
12. Патент № 2721503 РФ, МПК D21C 3/00. Способ получения полуцеллюлозы: № 2018140804: заявл. 19.11.2018: опубл. 19.05.2020 / Ф.Х. Хакимова, О.А. Носкова, Е.А. Глезман, В.А. Житнюк, М.Н. Спасенников; заявитель и патентообладатель Перм. нац. исслед. политехн. ун-т. 
13. Пен Р.З., Бывшев А.В., Шапиро И.Л., Мирошниченко И.В., Тарабанько В.Е. Низкотемпературная окислительная делигнификация древесины. 8. Пероксидная варка и щелочная экстракция // Химия растит. сырья. 2001. № 3. С. 5–10. 
14. Пен Р.З., Бывшев А.В., Шапиро И.Л., Мирошниченко И.В., Тарабанько В.Е. Низкотемпературная окислительная делигнификация древесины. 9. Пероксидная варка древесины разных пород // Химия растит. сырья. 2001. № 3. С. 11–15. 
15. Пен Р.З., Рязанова Т.В. Комплексная химическая переработка древесины. Введение в специальность. Красноярск: СибГТУ, 2012. 158 с. 
16. Полютов А.А., Пен Р.З., Бывшев А.В. Технология целлюлозы. Экологически чистое производство: моногр. Красноярск: Краснояр. писатель, 2012. 294 с. 
17. Сафин Р.Г., Саттарова З.Г., Хабибуллин И.Г., Зиатдинов Р.Р., Степанова Т.О. Современные направления переработки лесных ресурсов // Вестн. технол. ун-та. 2015. Т. 18, № 21. С. 90–93. 
18. Технология целлюлозно-бумажного производства: справ. материалы: в 3 т. Т. III. Автоматизация, стандартизация, экономика и охрана окружающей среды в ЦБП. Ч. 3. Наилучшие доступные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности. СПб.: Политехника, 2012. 294 с. 
19. Фирсов А.И. Использование древесных отходов при очистке лесохимических стоков // Изв. вузов. Лесн. журн. 2003. № 2-3. С. 116–123. 
20. Хакимов Р.Х., Хакимова Ф.Х., Ковтун Т.Н. Применение аэродинамического диспергатора при подготовке макулатуры для использования в композициях бумаги и картона // Изв. вузов. Лесн. журн. 2013. № 3. С. 121–128. 
21. Хакимова Ф.Х., Носкова О.А. Отходы лесозаготовок – сырье для волокнистых полуфабрикатов производства картона // Вестн. ПНИПУ. Хим. технология и биотехнология. 2017. № 3. С. 128–143. https://doi.org/10.15593/2224-9400/2017.3.11
22. Хакимова Ф.Х., Носкова О.А., Шевелева С.А., Хакимов Р.Р. Утилизация отходов лесозаготовок с получением полуфабриката для картона // Вестн. ПНИПУ. Приклад. экология. Урбанистика. 2018. № 2(30). С. 60–73. https://doi.org/10.15593/2409-5125/2018.02.05
23. Abu Bakar N.H., Salim N. Challenges and Opportunities in Wood Waste Utilization. Wood Waste Management and Products. Sustainable Materials and Technology. Singapore, Springer, 2023, chapt. 1, pp. 1–13. https://doi.org/10.1007/978-981-99-1905-5_1
24. Ämmälä A., Laitinen O., Sirviö J.A., Liimatainen H. Key Role of Mild Sulfonation of Pine Sawdust in the Production of Lignin Containing Microfibrillated Cellulose by Ultrafine Wet Grinding. Industrial Crops & Products, 2019, vol. 140, art. no. 111664. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111664
25. Olszewski A., Kosmela P., Piszczyk Ł. A Novel Approach in Wood Waste Utilization for Manufacturing of Catalyst-Free Polyurethane-Wood Composites (PU-WC). Sustainable Materials and Technologies, 2023, vol. 36, art. no. e00619. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2023.e00619
26. Olaiya B.C., Lawan M.M., Olonade K.A. Utilization of Sawdust Composites in Construction = a Review. Discover Applied Sciences, 2023, vol. 5, art. no. 140. https://doi.org/10.1007/s42452-023-05361-4
27. Sirviö J.A., Isokoski E., Kantola A.M., Komulaimen S., Ämmälä A. Mechanochemical and Thermal Succinylation of Softwood Sawdust in Presence of Deep Eutectic Solvent to Produce Lignin-Containing Wood Nanofibers. Cellulose, 2021, vol. 28, pp. 6681–6898. https://doi.org/10.1007/s10570-021-03973-w