Влияние параметров кислотно-щелочной обработки на компонентный состав короткого волокна льна-долгунца

Представлены результаты исследований влияния двухстадийной кислотно-щелочной обработки на компонентный состав, структуру и показатель белизны короткого волокна льна-долгунца. Предварительная обработка 1,0%-й азотной кислотой в течение 1 ч с последующей щелочной варкой растворами гидроксида натрия с концентрацией 1,0‒5,0 % в течение 1‒5 ч позволила установить, что увеличение концентрации щелочи и продолжительности варки способствует снижению содержания лигнина с 5,9 до 0,25 % и зольности с 1,2 до 0,3 %, при этом содержание альфа-целлюлозы увеличивается с 84,0 до 95,4 %. Анализ данных показывает, что двухстадийная обработка короткого волокна льна существенно повышает белизну целлюлозы, обеспечивая максимальное увеличение показателя белизны при использовании 5,0%-го раствора щелочи в течении 5 ч обработки. Это связано с интенсивным удалением окрашивающих компонентов ‒ преимущественно лигнина, пигментов и экстрактивных веществ. Полученные результаты свидетельствуют о том, что обработка азотной кислотой обеспечивает ключевые технологические преимущества двухстадийного процесса (малая продолжительность процесса, проведение варки при атмосферном давлении и невысокой температуре) и позволяет повысить эффективность процесса получения целлюлозы высокого качества из короткого льняного волокна.

1. Непенин, Ю. Н. Технология целлюлозы : в 3 т. / Ю. Н. Непенин. − М. : Лес. пром-сть, 1990. − Т. 2 : Производство сульфатной целлюлозы. – 600 с.

2. Непенин, Ю. Н. Технология целлюлозы : в 3 т. / Ю. Н. Непенин. − М. : Лес. пром-сть, 1976. − Т. 1 : Производство сульфитной целлюлозы. – 624 с.

3. Hoenich, N. A. Cellulose for Medical Applications: Past, Present, and Future / N. A. Hoenich // BioResources. − 2006. − Vol. 1, № 2. − P. 270–280. https://doi.org/10.15376/biores.1.2.270-280

4. Материалы из нетрадиционных видов волокон: технологии получения, свойства, перспективы применения : монография / Е. Г. Смирнова, Е. М. Лоцманова, Н. М. Журавлева [и др.]. ‒ Екатеринбург : Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2020. − 252 с.

5. Ресурсосберегающая технология получения технической целлюлозы из недревесного растительного сырья и области ее применения / А. В. Вураско, Е. И. Симонова, И. Г. Первова, А. Р. Минакова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. − 2018. − № 2 (30). − С. 21–32.

6. Danielewicz, D. Miscanthus × giganteus stalks as a potential non-wood raw material for the pulp and paper industry. Influence of pulping and beating conditions on the fiber and paper properties / D. Danielewicz, B. Surma-Slusarska // Industrial Crops and Products. − 2019. − Vol. 141. − Art. 111744. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111744

7. Meadow hay, Sida hermaphrodita (L.) Rusby and Silphium perfoliatum L. as potential non-wood raw materials for the pulp and paper industry / M. Holler, A. Lunze, C. Wever [et al.] // Industrial Crops and Products. − 2021. − Vol. 167. − Art. 113548. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.113548

8. Высококачественные целлюлозы из различного вида сырья и управление процессом их получения / З. Т. Валишина, А. В. Косточко, О. Т. Шипина, А. А. Александров // Вестник Казанского технологического университета. − 2014. − № 21. − С. 29–31.

9. Валишина, З. Т. Целлюлоза на основе альтернативных источников отечественного сырья: целлюлоза из пенькового волокна / З. Т. Валишина, А. А. Александров, Е. Л. Матухин [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. − 2015. − № 2. − С. 259–262.

10. Химический состав волокна и костры лубяных культур и продуктов их щелочной делигнификации / А. А. Кор­ чагина, Е. К. Гладышева, В. В. Будаева, Е. А. Скиба // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. − 2023. − Т. 13, № 4. − С. 621–630. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2023-13-4-621-630

11. Гисматулина, Ю. А. Целлюлоза из соломы льна-межеумка / Ю. А. Гисматулина // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. − 2022. − № 3. − С. 377–386. https://doi.org/10.17516/1998-2836-0301

12. Manian, A. P. Extraction of cellulose fibers from flax and hemp: a review / A. P. Manian, M. Cordin, T. Pham // Cellulose. − 2021. − Vol. 28, № 13. − P. 8275–8294. https://doi.org/10.1007/s10570-021-04051-x

13. Левданский, В. А. Способ получения из льна целлюлозного продукта с высоким содержанием альфа-целлюлозы / В. А. Левданский, А. В. Левданский, Б. Н. Кузнецов // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. − 2014. − Т. 7, № 1. − С. 63–70.

14. Recent advancements in biological conversion of industrial hemp for biofuel and value-added products / A. Ji, L. Jia, D. Kumar, C. G. Yoo // Fermentation. − 2021. − Vol. 7, № 1. − P. 6. https://doi.org/10.3390/fermentation7010006

15. Шаршунов, В. А. Состояние льноводческой отрасли Республики Беларусь и пути повышения ее эффективности / В. А. Шаршунов, А. С. Алексеенко, М. В. Цайц // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. − 2019. − № 2. − С. 267–271.

16. Захарчук, Д. Д. Комплексная переработка льна с получением инновационной продукции (обзор) / Д. Д. Захарчук, В. С. Болтовский // Труды Белорусского государственного технологического университета. Серия 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. − 2024. − № 2. – С. 77–91. https://doi.org/10.52065/2520-2669-2024-283-10

17. Богданова, О. Ф. Особенности получения целлюлозы из льняного волокна моносульфитным способом / О. Ф. Богданова, О. А. Горач // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. − 2022. − № 1. − С. 183–187.

18. Каретникова, Н. В. Делигнификация льняной костры / Н. В. Каретникова, Л. В. Чендылова, Р. З. Пен // Химия растительного сырья. − 2018. − № 1. − С. 155–162. https://doi.org/10.14258/jcprm.2018012757

19. Техническая целлюлоза из костры льна / Н. В. Каретникова, Л. В. Чендылова, Р. З. Пен, А. А. Муравицкая // Решетневские чтения. − 2017. − № 21-2. − С. 143–144.

20. Богданова, О. Ф. Переработка льняной соломы механо-химическим способом для получения качественной целлюлозы / О. Ф. Богданова, Т. Н. Головенко, А. В. Князев // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. – 2015. – Вып. 15, т. 1. − С. 48–56.

21. Закономерности процесса пероксидно-ацетатной делигнификации недревесного целлюлозосодержащего сырья в присутствии сернокислотного катализатора / Д. Ю. Арсеньева, Я. В. Казаков, Е. О. Окулова, А. Ю. Лагунов // Известия вузов. Лесной журнал. − 2019. − № 3. − С. 143–151. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.3.143

22. Hailemariam, T. T. Production and characterization of pulp and paper from flax straw / T. T. Hailemariam, B. Woldeyes // Scientific Reports. − 2024. − Vol. 14. − Art. 24300. https://doi.org/10.1038/s41598-024-74096-y

23. Захарчук, Д. Д. Изменение содержания основных биополимерных компонентов в коротком волокне льна-долгунца под действием базидиального гриба Sporotrichum pulverulentum БИМ F-111 / Д. Д. Захарчук, В. С. Болтовский // Труды Белорусского государственного технологического университета. Серия 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. − 2025. − № 2 (295). − С. 79–86. https://doi.org/10.52065/2520-2669-2025-295-11

24. Алтекей, А. Б. Биодеградация лигнина соломы культурой гриба Schizophyllum commune, выделенной с по­ верхности дерева / А. Б. Алтекей, А. А. Сапарбекова, Е. А. Олейникова [и др.] // Микробиология және вирусология. − 2023. − № 1 (40). − С. 127–138. https://doi.org/10.53729/MV-AS.2023.01.08

25. Минаков, Д. В. Изучение химического состава субстрата после выращивания некоторых базидиальных гри­ бов / Д. В. Минаков, А. Л. Верещагин, А. А. Синицына // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности : материалы X Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых с междунар. участием (Бийск, 24–26 мая 2017 г.). − Бийск, 2017. − С. 359–362.

26. Морыганов, П. А. Изучение влияния биодеструкторов на целлюлозу и природные примеси льноволокон / П. А. Морыганов, В. Н. Галашина, О. Ю. Кузнецов // Химия растительного сырья. − 2015. − № 2. − С. 225–237. https://doi.org/10.14258/jcprm.201502870

27. Малюшевская, А. П. Получение целлюлозы из льняного волокна с использованием электроразрядной объем­ ной кавитации / А. П. Малюшевская, П. П. Малюшевский, А. Н. Ющишина // Электронная обработка материалов. − 2020. − Т. 56, № 2. − С. 49–54. https://doi.org/10.5281/zenodo.3747835

28. Болтовский, В. С. Применение метода автогидролиза-взрыва при переработке растительной биомассы (обзор) / В. С. Болтовский // Труды Белорусского государственного технологического университета. Серия 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. − 2021. − № 2 (247). − С. 5–12.

29. Putnina, A. Steam explosion as the pretreatment method of lignocellulosic biomass / A. Putnina, S. Kukle, J. Gravitis // Scientific Journal of Riga Technical University. − 2012. − № 7. − P. 80–83.

30. Просвирников, Д. Б. Исследование механизма паровзрывного диспергирования лигноцеллюлозного мате­ риала / Д. Б. Просвирников, Р. А. Халитов, В. А. Лашков // Вестник Казанского технологического университета. − 2014. − № 1. − С. 241–243.

31. Зиатдинова, Д. Ф. Разработка опытно-промышленной установки для разделения лигноцеллюлозного материала на компоненты методом высокотемпературного парового гидролиза / Д. Ф. Зиатдинова, Р. Г. Сафин, Д. Б. Просвирников // Вестник Казанского технологического университета. − 2011. − № 12. − С. 93–101.

32. Гисматулина, Ю. А. Азотнокислый способ получения целлюлозы (обзор) / Ю. А. Гисматулина, В. В. Будаева // Ползуновский вестник. − 2016. − Т. 1, № 4. − С. 174–178.

33. Гисматулина, Ю. А. Получение целлюлозы азотнокислым способом напрямую из соломы льна-межеумка // Ползуновский вестник. − 2014. − № 3. − С. 160–163.

34. Шишонок, М. В. Азотнокислая варка и отбелка котонизированных волокон как способ выделения льняной ваты / М. В. Шишонок, В. И. Шадрина // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. − 2008. − Т. 51, вып. 7. − С. 97–100.

35. Шипина, О. Т. Исследование влияния растворов азотной кислоты на свойства льняной целлюлозы / О. Т. Ши­ пина, М. Р. Гараева, Н. С. Рогова // Вестник Казанского технологического университета. − 2009. − № 6. − С. 141–147.

36. Никитин, В. М. Теоретические основы делигнификации / В. М. Никитин. − М. : Лес. пром-сть, 1981. − 296 с.

37. Захарчук, Д. Д. Влияние параметров обработки льняного волокна азотной кислотой на содержание основных компонентов / Д. Д. Захарчук, В. С. Болтовский // Фундаментальные и прикладные исследования в области химии и экологии – 2025 : материалы Междунар. науч.-практ. конф. (Курск, 9 окт.2025 г.). − Курск : ЮЗГУ, 2025. − С. 87–90.

38. Оболенская, А. В. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы / А. В. Оболенская, З. П. Ельниц­ кая, А. А. Леонович. – Мн. : Экология, 1991. − 320 с.

39. Древесина как химическое сырье. История и современность. IV. Делигнификация древесины как путь полу­ чения целлюлозы. Часть II / Г. Н. Кононов, А. Н. Веревкин, Ю. В. Сердюкова, В. А. Жукова // Лесной вестник. − 2022. − Т. 26, № 2. − С. 69–84. https://doi.org/10.18698/2542-1468-2022-2-69-84

40. Азаров, В. И. Химия древесины и синтетических полимеров : учебник / В. И. Азаров, А. В. Буров, А. В. Обо­ ленская. ‒ 2-е изд., испр. ‒ СПб. : Лань, 2010. ‒ 624 с