مقایسه تاثیر ازن زنی بر لیگنین زدایی باگاس نیشکر و خمیرکاغذ رنگبری نشده آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه تهران، کرج

2 دانشگاه تهران

3 عضو هیئت علمی گروه سلولزی و بسته بندی -پژوهشکده شیمی و پتروشیمی - پژوهشگاه استاندارد

10.22034/ijwp.2023.2007948.1621

چکیده

در این مطالعه از روش پیش تیمار ازن زنی کوتاه جهت تسریع استحصال و خالص سازی ترکیبات شیمیایی موجود در باگاس و خمیر کاغذ سودا رنگبری نشده آن استفاده شد. به منظور بهینه سازی و اقتصادی کردن مصرف انرژی، شرایط عملیاتی ازن زنی در سه محیط ( اسیدی، خنثی و قلیایی) و در بازه های زمانی مختلف 20، 60، 120 و 180 دقیقه مورد ارزیابی قرار گرفت. برای بررسی میزان اثرگذاری محیط و زمان ازن زنی بر ساختار شیمیایی باگاس و خمیر کاغذ سودا رنگبری نشده آن، از طیف سنجی مادون قرمز، پراش اشعه ایکس، سنجش محتوای گروه کربوکسیل از طریق تیتراسیون هدایت سنجی و سنجش درجه پلیمریزاسیون استفاده شد. نتایج حاصل نشان داد که محیط اسیدی بالاترین میزان لیگنین زدایی و کمترین میزان تخریب سلولز و همی سلولز را داشت و به عنوان مناسب ترین محیط برای فرآیند ازن زنی انتخاب شد و از آنجایی که بیشترین حذف لیگنین در 20 دقیقه اول واکنش اتفاق افتاد، بنابراین برای حذف لیگنین، پیش تیمار ازن زنی طولانی لازم نیست و ازن زنی کوتاه می تواند سبب صرفه جویی در میزان انرژی و هزینه پیش تیمار شود و علاوه بر آن میزان تخریب سلولز و همی سلولزها که ترکیبات ارزشمندی هستند، به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]   Sadeghi Nik, Ų.B., Khosravani, A., Mohebby, B. and Yousefi, H., 2018. The effect of dissolution time on wettability and certain properties of cellulose film produced using ionic liquid. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 9(2), pp.223-234.
[2]   Kahramani, S., Hijazi, S., Izdiyar, S., Fisher, S., & Abdulkhani, A.,2022. Production of nanocrystals and nanofibrils from undyed and dyed soda pulp with ECF dyeing sequence and comparison of their morphological and thermal properties. Publication: Iran wood and paper industries Year: 13 (4).
[3]   Shakhes, J., Hamzeh, Y. and Abdolkhani, A., 2020. Chemical treatment of Bagasse by oxalic acid-choline chloride and lactic acid-choline chloride deep eutectic solvents. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 10(4), pp.559-573.
[4]   Jindal, M., Uniyal, P. and Bhaskar, T., 2023. Reductive catalytic fractionation as a novel pretreatment/lignin-first approach for lignocellulosic biomass valorization: A review. Bioresource Technology, p.129396.
[5]   Parchei Esfahani, M., Wu, C. and De Visscher, A., 2020. Theoretical estimation of the apparent rate constants for ozone decomposition in gas and aqueous phases using ab initio calculations. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 98(1), pp.274-280.
[6]   Travaini, R., Martín-Juárez, J., Lorenzo-Hernando, A. and Bolado-Rodríguez, S., 2016. Ozonolysis: An advantageous pretreatment for lignocellulosic biomass revisited. Bioresource Technology, 199, pp.2-12.
[7]   Rosen, Y., Mamane, H. and Gerchman, Y., 2019. Short ozonation of lignocellulosic waste as energetically favorable pretreatment. Bioenergy Research, 12, pp.292-301.
[8]   Ortega, J.O., Vargas, J.A.M., Metzker, G., Gomes, E., da Silva, R. and Boscolo, M., 2021. Enhancing the production of the fermentable sugars from sugarcane straw: A new approach to applying alkaline and ozonolysis pretreatments. Renewable Energy, 164, pp.502-508.
[9]   Wen, Y., Yuan, Z., Qu, J., Wang, C. and Wang, A., 2020. Evaluation of ultraviolet light and hydrogen peroxide enhanced ozone oxidation treatment for the production of cellulose nanofibrils. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 8(7), pp.2688-2697.
[10] Bahrami, B., Behzad, T., Zamani, A., Heidarian, P. and Nasri-Nasrabadi, B., 2018. Optimal design of ozone bleaching parameters to approach cellulose nanofibers extraction from sugarcane bagasse fibers. Journal of Polymers and the Environment, 26, pp.4085-4094.
[11] Vickers, N.J., 2017. Animal communication: when i’m calling you, will you answer too? Current biology, 27(14), pp. R713-R715.
[12] Gilli, E., Schmied, F., Diebald, S., Horvath, A.T., Teichert, C. and Schennach, R., 2012. Analysis of lignin precipitates on ozone treated kraft pulp by FTIR and AFM. Cellulose, 19, pp.249-256.
[13] Perincek, S.D., Duran, K., Korlu, A.E. and Bahtiyari, İ.M., 2007. An investigation in the use of ozone gas in the bleaching of cotton fabrics. Ozone: Science and Engineering, 29(5), pp.325-333.
[14] Kobayashi, M., Asano, T., Kajiyama, M. and Tomita, B., 2005. Effect of ozone treatment of wood on its liquefaction. Journal of Wood Science, 51, pp.348-356.
[15] Maqsood, H.S., Bashir, U., Wiener, J., Puchalski, M., Sztajnowski, S. and Militky, J., 2017. Ozone treatment of jute fibers. Cellulose, 24, pp.1543-1553.
[16] Peretz, R., Gerchman, Y. and Mamane, H., 2017. Ozonation of tannic acid to model biomass pretreatment for bioethanol production. Bioresource Technology, 241, pp.1060-1066.
[17] Mamleeva, N.A., Autlov, S.A., Fionov, A.V., Bazarnova, N.G. and Lunin, V.V., 2009. The oxidative destruction of lignin in the ozonation of wood. Russian Journal of Physical Chemistry A, 83, pp.745-751.
[18] Borrega, M., Ahvenainen, P. and Kontturi, E., 2018. Impact of hydrothermal and alkaline treatments of birch kraft pulp on the levelling-off degree of polymerization (LODP) of cellulose microfibrils. Cellulose, 25, pp.6811-6818.
[19] Håkansson, H., Ahlgren, P. and Germgård, U., 2005. The degree of disorder in hardwood kraft pulps studied by means of LODP. Cellulose, 12, pp.327-335.
[20] Håkansson, H., Germgård, U. and Sens, D., 2005. Influence of xylan on the degradability of laboratory kraft pulps from hardwood and reed canary grass in acid hydrolysis. Cellulose, 12, pp.621-628.
[21] Simmons, T.J., Mortimer, J.C., Bernardinelli, O.D., Pöppler, A.C., Brown, S.P., Deazevedo, E.R., Dupree, R. and Dupree, P., 2016. Folding of xylan onto cellulose fibrils in plant cell walls revealed by solid-state NMR. Nature communications, 7(1), p.13902.
[22] Falcoz-Vigne, L., Ogawa, Y., Molina-Boisseau, S., Nishiyama, Y., Meyer, V., Petit-Conil, M., Mazeau, K. and Heux, L., 2017. Quantification of a tightly adsorbed monolayer of xylan on cellulose surface. Cellulose, 24, pp.3725-3739.
[23] Ghorbani, M., Kianmehr, M.H., Arabhosseini, A., Sarlaki, E., Asadi Alamouti, A. and Sadeghi, R., 2020, February. Ozonolysis: a novel and effective oxidation technique for lignocellulosic biomass pretreatment. In Proceedings of 12th National Congress on Biosystems Engineering and Agricultural Mechanization (pp. 5-7).
[24] Liu, M., Chen, X. and Tian, X., 2018. Ozone oxidation of kraft bamboo pulp for preparation of nanofibrillated cellulose. International Journal of Polymer Science, 2018.
[25] Valls, C., Cusola, O. and Roncero, M.B., 2022. Evaluating the potential of ozone in creating functional groups on cellulose. Cellulose, 29(12), pp.6595-6610.
[26] 26.Zinali, M., Taherkhani, R., Hakim,SH., and Soltani, S., Optimizing the production process of carboxymethyl cellulose from bagasse (waste) Nishakr,2020. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, Volume 40, Number 2,2020.
[27] Roncero, M.B., Colom, J.F. and Vidal, T., 2003. Cellulose protection during ozone treatments of oxygen delignified Eucalyptus kraft pulp. Carbohydrate polymers, 51(3), pp.243-254.