Исследователи из Пермского Политеха придумали, как безопасно и экологично получить из древесного сырья нитроцеллюлозу. Сегодня из нее изготовляют множество продуктов: бездымный порох, который применяют во вспомогательных системах космических ракет и системах катапультирования кресел самолетов для спасения летчиков, а также пластмассы, лаки, краски и эмали. В России на данный момент нет производства целлюлозы для химической переработки, и уникальная технология пермских ученых позволит заменить зарубежное сырье.
По словам ученых, нитроцеллюлоза – основной компонент твердого топлива для космических ракет. В народно-хозяйственных целях это вещество используют для создания каналов и тоннелей и при ликвидации льда на крупных реках, чтобы избежать заторов и разливов на прилежащих территориях. Кроме того, ракеты можно использовать для контроля погодных условий и предотвращения выпадения града.
Результаты исследования разработчики опубликовали в журнале «Химия растительного сырья» (в печати, 2022), на технологию получен патент. В состав научной группы вошли трое разработчиков, руководителем которых стала профессор кафедры технологии полимерных материалов, порохов Пермского Политеха, доктор технических наук Фирдавес Хакимова.
«Традиционные схемы переработки древесной целлюлозы, которые применяют в мировой практике, предусматривают стадии удаления лигнина и отбелки. Для этого используют взрыво- и пожароопасный диоксид хлора, который нельзя транспортировать, поэтому для его производства строят специальные цеха. Мы предложили технологию, которая не требует высокого давления и сложного оборудования. Она соответствует современным требованиям экономики и экологии», – рассказывает профессор кафедры технологии полимерных материалов, порохов Пермского Политеха, доктор технических наук Фирдавес Хакимова.
Исследователи впервые получили сырье высокого качества для химической переработки из небеленой целлюлозы, которую сейчас применяют в производстве бумаги. Они использовали для удаления лигнина экологичный реагент – пероксид водорода, а для отбелки – безопасный хлорит натрия. При этом способе, в отличие от традиционных, целлюлоза не разрушается. Кроме того, упрощенное оборудование работает без давления.
«Наша технология не затрагивает сложнейшего этапа получения целлюлозы на производстве – процесса варки древесины. Разработка поможет достичь двойного импортозамещения: хлопковое сырье можно будет заменить древесным, и в России появится отечественная целлюлоза для химической переработки», – считает ученый. Разработчики провели серию исследований, чтобы оценить экологичность технологии. Для этого они использовали образцы небеленой целлюлозы: жесткой бисульфитной с высоким содержанием лигнина и мягкой сульфитной с невысокой долей этого вещества. Ученые провели отбелку и облагораживание по авторским технологиям.
Бисульфитную целлюлозу обработали по ECF-технологии (Elemental Chlorine Free), применяя два окислительных отбеливающих реагента, а сульфитную – по TCF-технологии (Total Chlorine Free) с использованием одного окислителя. По словам разработчиков, качество образцов соответствует принятым нормам в отношении целлюлозы для пороха, а экологические характеристики сточных вод после биологической очистки отвечают требованиям Европейского Союза. Ученые отмечают, что технология позволяет не только повысить экологичность продукта, но и сэкономить ресурсы, сократив расход древесины.
Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация