การพัฒนาใหม่ในการสกัดเซลลูโลสปอกระเจา: การวิเคราะห์กระบวนการเครื่องปฏิกรณ์กรดซัลฟิวริก

ในฐานะที่เป็นเส้นใยพืชธรรมชาติไฟเบอร์ปอกระเจามีข้อได้เปรียบมากมายเช่นผลผลิตสูงราคาต่ำและคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการตกแต่งบรรจุภัณฑ์สิ่งทอการแพทย์และสาขาอื่น ๆ อย่างไรก็ตามนอกเหนือจากเซลลูโลสไฟเบอร์ปอกระเจายังมีสิ่งสกปรกเช่นเฮมิเซลลูโลสลิกนินและเพคติน การปรากฏตัวของสิ่งสกปรกเหล่านี้ จำกัด การใช้ไฟเบอร์ปอกระเจาในเขตไฮเอนด์ ดังนั้นการสกัดเซลลูโลสปอกระเจาจึงกลายเป็นกุญแจสำคัญในการเพิ่มมูลค่าเพิ่มของเส้นใยปอกระเจา ในปัจจุบันวิธีการทางเคมี, ร่างกายและชีวภาพเป็นวิธีการทั่วไปสำหรับการเตรียมเซลลูโลส แต่พวกเขาทั้งหมดมีข้อบกพร่องเช่นกระบวนการเตรียมการที่ยาวนานขั้นตอนการอบแห้งจำนวนมากและการใช้พลังงานสูง นอกจากนี้ความเข้มข้นสูงของกรดและอัลคาไลมีอิทธิพลอย่างมากต่อระดับพอลิเมอไรเซชันและโครงสร้างของเซลลูโลสภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้งานของเซลลูโลส เมื่อเทียบกับพื้นหลังนี้กระบวนการของเครื่องปฏิกรณ์กรดซัลฟูริกก็เกิดขึ้นนำมาซึ่งความก้าวหน้าใหม่ในการสกัดเซลลูโลสปอกระเจา

หลักการพื้นฐานของวิธีกรดซัลฟูริกสำหรับการสกัดเซลลูโลสคือการไฮโดรไลซ์ปอกระเจาด้วยกรดซัลฟูริกเพื่อกำจัดพื้นที่ที่ไม่ใช่ผลึกในโครงสร้างเซลลูโลสดังนั้นจึงได้รับเซลลูโลสที่มีผลึกสูง การไฮโดรไลซิสกรดซัลฟูริกไม่เพียง แต่จะลดระดับภูมิภาคที่ไม่ใช่ผลึกของเซลลูโลส แต่ยังแนะนำกลุ่มครึ่งซัลเฟตที่มีประจุที่มีประจุบนพื้นผิวของเซลลูโลสซึ่งช่วยปรับปรุงการกระจายตัวและความเสถียรของเซลลูโลส

(i) วิธีการสกัดแบบดั้งเดิม
ในปัจจุบันไฟเบอร์ปอกระเจาถูกนำมาใช้ในหลากหลายสาขาและวิธีการสกัดส่วนใหญ่รวมถึงวิธีการทางเคมีวิธีทางกายภาพวิธีการทางชีวภาพหรือการรวมกันของวิธีการหลายอย่าง ตัวอย่างเช่นกระบวนการผลิตเซลลูโลสปอกระเจาด้วยวิธีการทางเคมีแบบดั้งเดิมคือการปรับสภาพไฟเบอร์ - การเดือดอัลคาลีอุณหภูมิสูง - การบำบัดด้วยโซเดียมคลอไรต์ - การบำบัดอัลคาไล - การล้างด้วยน้ำ - การอบแห้ง - เซลลูโลส
(ii) ข้อ จำกัด
วิธีการดั้งเดิมมีข้อบกพร่องมากมาย กระบวนการเตรียมการมีความยาวและเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอนซึ่งทำให้กระบวนการสกัดทั้งหมดใช้เวลานาน มีขั้นตอนการอบแห้งมากมายซึ่งเพิ่มการใช้พลังงาน การใช้พลังงานสูงและการใช้กรดความเข้มข้นสูงและอัลคาไลภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงไม่เพียง แต่มีความต้องการสูงต่ออุปกรณ์ แต่ยังมีผลกระทบอย่างมากต่อระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันและโครงสร้างของเซลลูโลสซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้เซลลูโลส

(i) การไหลของกระบวนการ
1. การปรับสภาพ:
•บดไฟเบอร์ปอกระเจาให้เป็นขนาดอนุภาคที่เหมาะสม (เช่น 0 ตะแกรง 180 มม.) สำหรับการประมวลผลที่ตามมา •ใช้น้ำหรือตัวทำละลายอื่น ๆ เพื่อกำจัดส่วนประกอบที่ละลายน้ำได้ในไฟเบอร์ปอกระเจา
2. การสกัดเซลลูโลส:
•วางผงไฟเบอร์ปอกระเจาไว้ในเครื่องปฏิกรณ์และเพิ่มสารละลายกรดซัลฟิวริก (เช่น 2% -3% กรดซัลฟิวริก)
•ทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิที่แน่นอน (เช่น 40 องศา) และเวลา (เช่น 1 ชั่วโมง) และตรวจสอบให้แน่ใจว่าปฏิกิริยานั้นดำเนินการอย่างเต็มที่ผ่านอุปกรณ์ไหลย้อนกลับ
•หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้นให้ล้างสารตกค้างด้วยน้ำจำนวนมากหลายครั้งจนกระทั่งเป็นกลาง
3. การทำให้บริสุทธิ์:
•ล้างเซลลูโลสสกัดด้วยน้ำจำนวนมากหลายครั้งจนกว่าจะเป็นกลางเพื่อกำจัดกรดที่เหลือและสิ่งสกปรก
•รับเซลลูโลสบริสุทธิ์โดยการกรองและการอบแห้ง (เช่นการอบแห้งที่ 60 องศา)

(ii) พารามิเตอร์สำคัญ
•อุณหภูมิ: อุณหภูมิการรักษากรดถูกควบคุมที่ 50 องศา -60 องศา อุณหภูมิมีอิทธิพลสำคัญต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาและผลการกำจัดสิ่งเจือปน อุณหภูมิสูงเกินไปอาจทำให้เซลลูโลสสลายตัวในขณะที่อุณหภูมิต่ำเกินไปจะทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาช้าลง
•เวลา: เวลาฉนวนการรักษากรดคือ 45 นาที -90 นาที หากเวลาสั้นเกินไปสิ่งสกปรกจะไม่ถูกลบออกอย่างละเอียด หากเวลายาวเกินไปประสิทธิภาพของเซลลูโลสอาจได้รับผลกระทบ
•อัตราส่วนการอาบน้ำ: อัตราส่วนการอาบน้ำโดยทั่วไป 1: 10-1: 20 อัตราส่วนการอาบน้ำที่เหมาะสมสามารถมั่นใจได้ว่าเส้นใยปอกระเจาสัมผัสกับของเหลวในการรักษาอย่างเต็มที่และปรับปรุงผลการรักษา
•ปริมาณกรดซัลฟูริก: ปริมาณกรดซัลฟิวริกถูกกำหนดตามข้อกำหนดของกระบวนการโดยทั่วไป 6G/L -8 g/L ปริมาณกรดซัลฟูริกที่มากเกินไปจะเพิ่มค่าใช้จ่ายและอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนกับอุปกรณ์ ปริมาณกรดซัลฟูริกน้อยเกินไปจะส่งผลให้การกำจัดสิ่งเจือปนไม่ดี

(i) การไหลของกระบวนการสั้น ๆ
เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการดั้งเดิมการไหลของกระบวนการเครื่องปฏิกรณ์กรดซัลฟูริกนั้นง่ายขึ้นและลดขั้นตอนที่ไม่จำเป็นซึ่งจะทำให้เวลาการเตรียมการสั้นลงและปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต
(ii) การใช้พลังงานต่ำ
กระบวนการนี้มีขั้นตอนการอบแห้งน้อยลงและกระบวนการทั้งหมดดำเนินการภายใต้ความดันปกติซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงาน ในเวลาเดียวกันมีการใช้สารเติมแต่งที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและปริมาณสารเคมีมีขนาดเล็กซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการผลิตเพิ่มเติม
(iii) อัตราการกำจัดสิ่งเจือปนสูง
หลังจากได้รับการรักษาโดยกระบวนการเครื่องปฏิกรณ์กรดซัลฟูริกผลการกำจัดสิ่งเจือปนในไฟเบอร์ปอกระเจานั้นดีโดยเฉพาะอย่างยิ่งผลการกำจัดของลิกนินและเฮมิเซลลูโลสมีความสำคัญ ตัวอย่างเช่นหลังจากการรักษาแบบผสมผสานทางชีวภาพ-เคมีปริมาณเฮมิเซลลูโลสในไฟเบอร์ปอกระเจาลดลงจาก 10.21%เป็น 5.35%ลดลง 47.6%; ปริมาณลิกนินลดลงจาก 8.25%เป็น 7.43%ลดลง 9.66%ซึ่งจะเป็นการเพิ่มปริมาณเซลลูโลสในไฟเบอร์ปอกระเจา 8.39%
(iv) ไม่มีความเสียหายต่อโครงสร้างและประสิทธิภาพของเซลลูโลส
เซลลูโลสที่ผลิตโดยกระบวนการนี้มีปริมาณสูงของ -cellulose และไม่ทำลายโครงสร้างและประสิทธิภาพของเซลลูโลสดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่าคุณภาพและประสิทธิภาพของแอปพลิเคชันของเซลลูโลส

กระบวนการของเครื่องปฏิกรณ์กรดซัลฟูริกได้สร้างความก้าวหน้าใหม่ในด้านการสกัดเซลลูโลสปอกระเจาซึ่งมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเช่นการไหลของกระบวนการสั้นการใช้พลังงานต่ำอัตราการกำจัดสิ่งเจือปนสูงและไม่มีความเสียหายต่อโครงสร้างและประสิทธิภาพของเซลลูโลส เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการดั้งเดิมกระบวนการนี้สามารถแยกเซลลูโลสปอกระเจาได้อย่างมีประสิทธิภาพลดต้นทุนการผลิตและปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์และมีโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวาง
ในอนาคตด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องและนวัตกรรมของเทคโนโลยีกระบวนการเครื่องปฏิกรณ์กรดซัลฟิวริกคาดว่าจะได้รับการปรับปรุงและปรับปรุงให้ดีขึ้นต่อไป ตัวอย่างเช่นสามารถศึกษาโครงสร้างเครื่องปฏิกรณ์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและสภาพการทำงานเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเกิดปฏิกิริยาและผลการกำจัดสิ่งเจือปน การเตรียมสารชีวภาพใหม่สามารถพัฒนาขึ้นเพื่อลดต้นทุนการผลิตต่อไป และการบำบัดของเสียและการรีไซเคิลในกระบวนการสามารถเสริมสร้างความเข้มแข็งเพื่อให้เกิดการผลิตสีเขียว เป็นที่เชื่อกันว่าในอนาคตอันใกล้กระบวนการเครื่องปฏิกรณ์กรดซัลฟูริกจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมไฟเบอร์ปอกระเจาส่งเสริมการพัฒนาอุตสาหกรรมไฟเบอร์ปอกระเจาไปสู่ทิศทางระดับสูงและสีเขียว