Федеральное агенство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный

технологический университет растительных полимеров

Кафедра комплексной химической переработки древесины

Курсовая работа

Химические превращения полисахаридов древесины в процессах ее делигнификации. Реакции в щелочной среде.

Выполнил

Студент, 144гр. Кофанов А.С.

Проверил

Профессор д.х.н. Евстигнеев Э.И.

Санкт-Петербург

2013г.

1. Введение

Древесина – сложный комплекс, как в биологическом, так и химическом отношении. Теоретической основой технологии химической переработки древесины и целлюлозно-бумажного производства является химия древесины и целлюлозы. Основные компоненты древесины, углеводы и лигнин, относятся к высокомолекулярным соединениям. Целью данной работы является рассмотрение основных характеристик, изучение свойств древесины и ее компонентов и их превращений при химических обработках, ознакомление с методами изучения и определения.

В соответствие с заданием, в данной работе будут рассмотрены химические превращения полисахаридов древесины в процессах её делигнификации. В углеводной части древесины главным образом содержатся полисахариды различного строения и в небольшом количестве полиурониды. В зависимости от растворимости и функций в древесине полисахариды (основную часть) относят к структурным (структурообразующим) компонентам, участвующим в построении клеточной стенки, или же к экстрактивным веществам (водорастворимые полисахариды и полиурониды). Четкое разделение на такие две части провести невозможно.

Реакции полисахаридов древесины имеют очень важное практическое значение в процессах химической и химико-механической переработки древесины - целлюлозно-бумажном, гидролизных, лесохимических производствах, производстве древесных плит и пластиков. Цель целлюлозно-бумажного производства - получение из древесины технической целлюлозы и других волокнистых полуфабрикатов. При этом нецеллюлозные полисахариды в большей или меньшей степени удаляются в результате деструкции в различных процессах варки, протекающих в кислой или щелочной средах, а также под воздействием окислителей.

Делигнификация является важным процессом переработки древесины. Содержание в ней лигнина составляет до 30%, который в настоящее время не нашел широкого применения ни в отдельных отраслях, ни в отраслях связанных с использованием полисахаридов. Проще говоря лигнин является "лишним" компонентом древесного сырья, влияющим на качество традиционных продуктов лесотехнической промышленности.

2. Литературный обзор

2.1. Химические превращения полисахаридов древесины в процессах ее делигнификации

Любой варочный процесс представляет собой сложный комплекс различных процессов, на которые оказывают влияние морфологические, физические и химические факторы. При делигнификации как в условиях варки, так и отбелки, воздействию подвергаются не только лигнин, но и углеводная часть древесины. Реакции углеводов, главным образом деструкция полисахаридов, будут определять выход и качество получаемого волокнистого полуфабриката. Реакции же продуктов деструкции полисахаридов, переходящих в варочный раствор, будут определять направление их утилизации. При производстве целлюлозы для бумаги добиваются максимально возможного сохранения углеводной части древесины, тогда как при производстве целлюлозы для химической переработки целлюлоза должна быть освобождена не только от лигнина, но и от гемицеллюлоз.

Поведение полисахаридов древесины при ее делигнификации будет определяться условиями проведения процесса, строением макромолекул и особенностями надмолекулярной структуры полисахаридов, влияющими на их доступность действию химических реагентов. По доступности к варочным реагентам все полисахариды можно разделить на три группы: полисахариды, переходящие в варочный раствор; полисахариды, в структуру которых проникают реагенты; полисахариды, структура которых недоступна для реагентов. Полисахариды первой группы растворяются, второй - набухают в варочном растворе, третьей - не набухают. Полисахариды первых двух групп доступны действию реагентов, при этом реакции полисахаридов первой группы протекают гомогенно, а второй - гетерогенно. В третьей группе с химическими реагентами могут взаимодействовать только макромолекулы, находящиеся на поверхности надмолекулярных структур. Первую группу образуют водорастворимые полисахариды (арабино-галактаны, пектиновые вещества, крахмал и др.). В щелочных растворах с увеличением концентрации щелочи эта группа расширяется за счет части гемицеллюлоз. Ко второй группе относятся основная масса гемицеллюлоз и аморфные участки целлюлозы. В третью группу входят кристаллические участки целлюлозы и целлюлозаны. В ходе варки может изменяться растворимость полисахаридов, например, вследствие изменения их молекулярной массы и строения, деструкции лигноуглеводных связей, изменения состава варочного раствора. Структура полисахаридов может уплотняться и становиться недоступной для реагентов.