ეთერიფიკაციის რეაქცია ცელულოზის ეთერზე

ცელულოზის ეთერიფიკაციის აქტივობა შესწავლილი იქნა შესაკრავი მანქანით და შემრევი რეაქტორით, ხოლო ჰიდროქსიეთილის ცელულოზა და კარბოქსიმეთილცელულოზა მომზადდა შესაბამისად ქლორეთანოლით და მონოქლორძმარმჟავით. შედეგებმა აჩვენა, რომ ცელულოზის ეთერიფიკაციის რეაქცია განხორციელდა რეაქტორის მორევით მაღალი ინტენსივობის აჟიოტაჟის პირობებში. ცელულოზას აქვს კარგი ეთერიფიკაციის რეაქტიულობა, რაც უკეთესია ეთერიფიკაციის ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად და პროდუქტის წყალხსნარში სინათლის გადაცემის გაუმჯობესებისას.) ამიტომ, რეაქციის პროცესის მორევის ინტენსივობის გაუმჯობესება უკეთესი გზაა შემცვლელი ცელულოზის ერთგვაროვანი ეთერიფიკაციისთვის. პროდუქტები.

საკვანძო სიტყვები:ეთერიფიკაციის რეაქცია; ცელულოზა;ჰიდროქსიეთილის ცელულოზა; კარბოქსიმეთილ ცელულოზა

დახვეწილი ბამბის ცელულოზის ეთერის პროდუქტების შემუშავებისას ფართოდ გამოიყენება გამხსნელის მეთოდი და სარეაქციის მოწყობილობად გამოიყენება სარევი მანქანა. თუმცა, ბამბის ცელულოზა ძირითადად შედგება კრისტალური უბნებისგან, სადაც მოლეკულები განლაგებულია ლამაზად და მჭიდროდ. როდესაც სარევი მანქანა გამოიყენება რეაქციის მოწყობილობად, საფქვავი აპარატის მკლავი ნელია რეაქციის დროს, ხოლო ეთერიფიკაციის აგენტის წინააღმდეგობა ცელულოზის სხვადასხვა ფენაში შესვლისთვის დიდია და სიჩქარე ნელია, რაც იწვევს რეაქციის ხანგრძლივ დროს, გვერდის დიდ პროპორციას. რეაქციები და შემცვლელი ჯგუფების არათანაბარი განაწილება ცელულოზის მოლეკულურ ჯაჭვებზე.

ჩვეულებრივ, ცელულოზის ეთერიფიკაციის რეაქცია არის ჰეტეროგენული რეაქცია გარეთ და შიგნით. თუ არ არის გარე დინამიური მოქმედება, ეთერიფიკატორი ძნელია ცელულოზის კრისტალიზაციის ზონაში შეღწევა. და დახვეწილი ბამბის წინასწარი დამუშავების გზით (როგორიცაა დახვეწილი ბამბის ზედაპირის გასაზრდელად ფიზიკური მეთოდების გამოყენება), ამავდროულად სარეაქციო აღჭურვილობის შემრევი რეაქტორით, სწრაფი მორევის ეთერიფიკაციის რეაქციის გამოყენებით, მსჯელობის მიხედვით, ცელულოზას შეუძლია ძლიერად გაბეროს, შეშუპება. ცელულოზის ამორფული არე და კრისტალიზაციის არე, როგორც წესი, თანმიმდევრულია, აუმჯობესებს რეაქციის აქტივობას. ცელულოზის ეთერის შემცვლელების ერთგვაროვანი განაწილება ჰეტეროგენული ეთერიფიკაციის რეაქციის სისტემაში შეიძლება მიღწეული იყოს გარე აღრევის სიმძლავრის გაზრდით. ასე რომ, ჩვენი ქვეყნის მომავალი განვითარების მიმართულება იქნება მაღალი ხარისხის ცელულოზის ეთერიფიკაციის პროდუქტების შემუშავება შერეული ტიპის რეაქციის ქვაბით, როგორც რეაქციის მოწყობილობა.

1. ექსპერიმენტული ნაწილი

1.1 დახვეწილი ბამბის ცელულოზის ნედლეული ტესტისთვის

ექსპერიმენტში გამოყენებული სხვადასხვა რეაქციის აღჭურვილობის მიხედვით, ბამბის ცელულოზის წინასწარი დამუშავების მეთოდები განსხვავებულია. როდესაც სარევი გამოიყენება რეაქციის მოწყობილობად, წინასწარი დამუშავების მეთოდებიც განსხვავებულია. როდესაც სარევი გამოიყენება რეაქციის მოწყობილობად, გამოყენებული დახვეწილი ბამბის ცელულოზის კრისტალურობა არის 43.9%, ხოლო დახვეწილი ბამბის ცელულოზის საშუალო სიგრძე 15-20 მმ. დახვეწილი ბამბის ცელულოზის კრისტალურობა არის 32.3%, ხოლო დახვეწილი ბამბის ცელულოზის საშუალო სიგრძე 1 მმ-ზე ნაკლებია, როდესაც სარეაქციო რეაქტორი გამოიყენება როგორც სარეაქციო მოწყობილობა.

1.2 კარბოქსიმეთილცელულოზის და ჰიდროქსიეთილცელულოზის განვითარება

კარბოქსიმეთილცელულოზისა და ჰიდროქსიეთილის ცელულოზის მომზადება შეიძლება განხორციელდეს 2ლ სარეაქციის აპარატის გამოყენებით (რეაქციის დროს საშუალო სიჩქარეა 50რ/წთ) და 2ლ მორევის რეაქტორი, როგორც რეაქცია (რეაქციის დროს საშუალო სიჩქარე 500რ/წთ).

რეაქციის დროს ყველა ნედლეული მიღებულია მკაცრი რაოდენობრივი რეაქციისგან. რეაქციის შედეგად მიღებულ პროდუქტს რეცხავენ w=95% ეთანოლით, შემდეგ აშრობენ ვაკუუმში 24 საათის განმავლობაში 60℃ და 0,005მპა უარყოფითი წნევის ქვეშ. მიღებული ნიმუშის ტენიანობა არის w=2.7%±0.3%, ხოლო ანალიზისთვის პროდუქტის ნიმუში ირეცხება ნაცრის შემცველობამდე w <0.2%.

სარეაქციის აღჭურვილობის სახით საზაფხულო მანქანის მომზადების ეტაპები შემდეგია:

ეთერიფიკაციის რეაქცია → პროდუქტის რეცხვა → გაშრობა → გახეხილი გრანულაცია → შეფუთვა ხორციელდება საფქვავში.

მორევის რეაქტორის, როგორც რეაქციის მოწყობილობის მომზადების ეტაპები შემდეგია:

ეთერიფიკაციის რეაქცია → პროდუქტის რეცხვა → გაშრობა და გრანულაცია → შეფუთვა ტარდება გაღვივებულ რეაქტორში.

ჩანს, რომ საფუარი გამოიყენება როგორც რეაქციის მოწყობილობა დაბალი რეაქციის ეფექტურობის მახასიათებლების მოსამზადებლად, ეტაპობრივად გაშრობისა და დაფქვის გრანულაციისთვის, ხოლო პროდუქტის ხარისხი მნიშვნელოვნად შემცირდება დაფქვის პროცესში.

მომზადების პროცესის თავისებურებები მორევის რეაქტორით, როგორც რეაქციის მოწყობილობა, შემდეგია: მაღალი რეაქციის ეფექტურობა, პროდუქტის გრანულაცია არ იღებს ტრადიციული გრანულაციის პროცესის გაშრობისა და დაფქვის მეთოდს, ხოლო გაშრობის და გრანულაციის პროცესი ხორციელდება ერთდროულად. გამომშრალი პროდუქტები გარეცხვის შემდეგ, ხოლო პროდუქტის ხარისხი უცვლელი რჩება გაშრობის და გრანულაციის პროცესში.

1.3 რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ჩატარდა Rigaku D/max-3A რენტგენის დიფრაქტომეტრით, გრაფიტის მონოქრომატორით, Θ კუთხე იყო 8°~30°, CuKα სხივი, მილის წნევა და ნაკადი იყო 30 კვ და 30 mA.

1.4 ინფრაწითელი სპექტრის ანალიზი

Spectrum-2000PE FTIR ინფრაწითელი სპექტრომეტრი გამოიყენებოდა ინფრაწითელი სპექტრის ანალიზისთვის. ინფრაწითელი სპექტრის ანალიზისთვის ყველა ნიმუშს ჰქონდა წონა 0.0020 გ. ეს ნიმუშები შერეული იყო 0,1600 გ KBr-ით, და შემდეგ დაჭერით (<0,8 მმ სისქით) და გაანალიზეს.

1.5 გადაცემის გამოვლენა

ტრანსმისია გამოვლინდა 721 სპექტროფოტომეტრით. CMC ხსნარი w=w1% მოთავსდა 1 სმ კოლორიმეტრულ ჭურჭელში 590 ნმ ტალღის სიგრძეზე.

1.6 ჩანაცვლების გამოვლენის ხარისხი

ჰიდროქსიეთილის ცელულოზის HEC ჩანაცვლების ხარისხი გაზომილი იყო სტანდარტული ქიმიური ანალიზის მეთოდით. პრინციპი იმაში მდგომარეობს, რომ HEC შეიძლება დაიშალა HI ჰიდროიოდატით 123℃ ტემპერატურაზე, ხოლო HEC-ის ჩანაცვლების ხარისხი შეიძლება ცნობილი იყოს დაშლილი ნივთიერებების ეთილენისა და წარმოებული ეთილენ იოდიდის გაზომვით. ჰიდროქსიმეთილცელულოზის ჩანაცვლების ხარისხი ასევე შეიძლება შემოწმდეს სტანდარტული ქიმიური ანალიზის მეთოდებით.

2. შედეგები და დისკუსია

აქ გამოიყენება ორი სახის რეაქტიული ქვაბი: ერთი არის სარეაქციის მოწყობილობა, სარეაქციის მოწყობილობა, მეორე სარეაქციო მოწყობილობა, როგორც რეაქციის მოწყობილობა, ჰეტეროგენულ რეაქციის სისტემაში, ტუტე მდგომარეობა და ალკოჰოლური წყლის გამხსნელი სისტემა, შესწავლილია რაფინირებული ბამბის ცელულოზის ეთერიფიკაციის რეაქცია. მათ შორის, სარეაქციის აღჭურვილობის ტექნოლოგიური მახასიათებლებია: რეაქციის დროს ცომის მკლავის სიჩქარე ნელია, რეაქციის დრო გრძელი, გვერდითი რეაქციების პროპორცია მაღალი, ეთერიფიკატორის გამოყენების სიჩქარე დაბალია და შემცვლელი ჯგუფის განაწილების ერთგვაროვნება ეთერიზაციის რეაქციაში ცუდია. კვლევის პროცესი შეიძლება შემოიფარგლოს მხოლოდ შედარებით ვიწრო რეაქციის პირობებით. გარდა ამისა, ძირითადი რეაქციის პირობების რეგულირებადობა და კონტროლირებადი (როგორიცაა აბაზანის თანაფარდობა, ტუტე კონცენტრაცია, ცომის მკლავის სიჩქარე) ძალიან ცუდია. რთულია ეთერიფიკაციის რეაქციის მიახლოებითი ერთგვაროვნების მიღწევა და ეთერიფიკაციის რეაქციის პროცესის მასის გადაცემის და შეღწევის სიღრმისეულად შესწავლა. შემრევი რეაქტორის, როგორც რეაქციის აღჭურვილობის, პროცესის მახასიათებლებია: რეაქციაში მორევის სწრაფი სიჩქარე, რეაქციის სწრაფი სიჩქარე, ეთერიზაციის აგენტის გამოყენების მაღალი სიჩქარე, ეთერიზებელი შემცვლელების ერთგვაროვანი განაწილება, რეგულირებადი და კონტროლირებადი ძირითადი რეაქციის პირობები.

კარბოქსიმეთილ ცელულოზა CMC მომზადდა, შესაბამისად, საკონდიტრო რეაქციის აღჭურვილობით და შემრევი რეაქტორის რეაქციის აპარატურით. როდესაც საფუარი გამოიყენებოდა, როგორც რეაქციის მოწყობილობა, მორევის ინტენსივობა იყო დაბალი და საშუალო ბრუნვის სიჩქარე იყო 50r/წთ. როდესაც აღრევის რეაქტორი გამოიყენებოდა როგორც რეაქციის მოწყობილობა, აღრევის ინტენსივობა იყო მაღალი და საშუალო ბრუნვის სიჩქარე იყო 500r/წთ. როდესაც მონოქლორძმარმჟავას მოლური თანაფარდობა ცელულოზის მონოსაქარიდთან იყო 1:5:1, რეაქციის დრო იყო 1,5 საათი 68℃-ზე. საკონდიტრო მანქანით მიღებული CMC-ის სინათლის გამტარობა იყო 98.02%, ხოლო ეთერიფიკაციის ეფექტურობა იყო 72% ქლოროძმარმჟავას ეთერიფიკაციის აგენტში CM-ის კარგი გამტარიანობის გამო. როდესაც სარეაქციო რეაქტორი გამოიყენებოდა, როგორც რეაქციის მოწყობილობა, ეთერიფიკატორის გამტარიანობა უკეთესი იყო, CMC-ის გამტარობა იყო 99,56%, ხოლო ეთერიზაციის რეაქციის ეფექტურობა გაიზარდა 81%-მდე.

ჰიდროქსიეთილის ცელულოზა HEC მომზადდა სარეაქციის აპარატის სახით საკონდიტრო და ამრევი რეაქტორით. როდესაც სარეაქციის მოწყობილობას იყენებდნენ, ეთერიზებელი აგენტის რეაქციის ეფექტურობა იყო 47%, ხოლო წყალში ხსნადობა იყო ცუდი, როდესაც ქლოროეთილის სპირტის ეთერიზაციის აგენტის გამტარიანობა ცუდი იყო და ქლოროეთანოლისა და ცელულოზის მონოსაქარიდის მოლური თანაფარდობა იყო 3:1 60℃ 4 საათის განმავლობაში. . მხოლოდ მაშინ, როდესაც ქლოროეთანოლის მოლური თანაფარდობა ცელულოზის მონოსაქარიდებთან არის 6:1, შეიძლება შეიქმნას კარგი წყალში ხსნადობის პროდუქტები. როდესაც სარეაქციო რეაქტორი გამოიყენებოდა, როგორც რეაქციის მოწყობილობა, ქლოროეთილის სპირტის ეთერიფიკაციის აგენტის გამტარიანობა უკეთესი გახდა 68℃-ზე 4 საათის განმავლობაში. როდესაც ქლოროეთანოლისა და ცელულოზის მონოსაქარიდის მოლური თანაფარდობა იყო 3:1, მიღებულ HEC-ს ჰქონდა უკეთესი წყალში ხსნადობა და ეთერიფიკაციის რეაქციის ეფექტურობა გაიზარდა 66%-მდე.

ეთერიზაციის აგენტის ქლოროძმარმჟავას რეაქციის ეფექტურობა და რეაქციის სიჩქარე ბევრად აღემატება ქლოროეთანოლს, ხოლო აღრევის რეაქტორს, როგორც ეთერიზაციის რეაქციის მოწყობილობას, აშკარა უპირატესობები აქვს კენდერთან შედარებით, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ეთერიზაციის რეაქციის ეფექტურობას. CMC-ის მაღალი ტრანსმისია ასევე ირიბად მიუთითებს იმაზე, რომ აღვივებს რეაქტორს, როგორც ეთერიზაციის რეაქციის მოწყობილობას, შეუძლია გააუმჯობესოს ეთერიზაციის რეაქციის ერთგვაროვნება. ეს იმიტომ ხდება, რომ ცელულოზის ჯაჭვს აქვს სამი ჰიდროქსილის ჯგუფი გლუკოზის ჯგუფის თითოეულ რგოლზე და მხოლოდ ძლიერ ადიდებულ ან გახსნილ მდგომარეობაშია ეთერიფიკაციის აგენტის მოლეკულების ყველა ცელულოზის ჰიდროქსილის წყვილი ხელმისაწვდომი. ცელულოზის ეთერიფიკაციის რეაქცია ჩვეულებრივ ჰეტეროგენული რეაქციაა გარედან შიგნით, განსაკუთრებით ცელულოზის კრისტალურ რეგიონში. როდესაც ცელულოზის კრისტალური სტრუქტურა ხელუხლებელი რჩება გარე ძალის გავლენის გარეშე, ეთერიფიკატორი ძნელია შევიდეს კრისტალურ სტრუქტურაში, რაც გავლენას ახდენს ჰეტეროგენული რეაქციის ერთგვაროვნებაზე. ამიტომ, დახვეწილი ბამბის წინასწარი დამუშავებით (როგორიცაა რაფინირებული ბამბის სპეციფიკური ზედაპირის გაზრდა), დახვეწილი ბამბის რეაქტიულობა შეიძლება გაუმჯობესდეს. აბაზანის დიდი თანაფარდობისას (ეთანოლი/ცელულოზა ან იზოპროპილ სპირტი/ცელულოზა და მაღალსიჩქარიანი მორევის რეაქცია, მსჯელობის მიხედვით, ცელულოზის კრისტალიზაციის ზონის რიგი შემცირდება, ამ დროს ცელულოზა შეიძლება ძლიერად ადიდდეს, ისე რომ შეშუპება ამორფული და კრისტალური ცელულოზის ზონა თანმიმდევრულია, შესაბამისად, ამორფული და კრისტალური რეგიონის რეაქტიულობა მსგავსია.

ინფრაწითელი სპექტრის ანალიზისა და რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის საშუალებით, ცელულოზის ეთერიფიკაციის რეაქციის პროცესი უფრო ნათლად შეიძლება გავიგოთ, როდესაც აღრევის რეაქტორი გამოიყენება ეთერიფიკაციის რეაქციის მოწყობილობად.

აქ გაანალიზდა ინფრაწითელი სპექტრები და რენტგენის დიფრაქციული სპექტრები. CMC-ისა და HEC-ის ეთერიფიკაციის რეაქცია განხორციელდა შერეულ რეაქტორში ზემოთ აღწერილი რეაქციის პირობებში.

ინფრაწითელი სპექტრის ანალიზი აჩვენებს, რომ CMC და HEC-ის ეთერაციის რეაქცია რეგულარულად იცვლება რეაქციის დროის გახანგრძლივებასთან ერთად, ჩანაცვლების ხარისხი განსხვავებულია.

რენტგენის დიფრაქციული ნიმუშის ანალიზის საშუალებით, CMC და HEC-ის კრისტალურობა რეაქციის დროის გახანგრძლივებასთან ერთად ნულამდე მიდის, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ დეკრისტალიზაციის პროცესი ძირითადად განხორციელდა ალკალიზაციის ეტაპზე და გათბობის სტადიაზე დახვეწილი ბამბის ეთერიფიკაციის რეაქციამდე. . ამრიგად, რაფინირებული ბამბის კარბოქსიმეთილის და ჰიდროქსიეთილის ეთერიფიკაციის რეაქტიულობა ძირითადად აღარ არის შეზღუდული დახვეწილი ბამბის კრისტალურობით. ეს დაკავშირებულია ეთერიფიკატორის გამტარიანობასთან. შეიძლება ნაჩვენები იყოს, რომ CMC-ისა და HEC-ის ეთერიფიკაციის რეაქცია ტარდება ამრევი რეაქტორით, როგორც რეაქციის მოწყობილობა. მაღალი სიჩქარით მორევის დროს სასარგებლოა დახვეწილი ბამბის დეკრისტალიზაციის პროცესი ალკალიზაციის ეტაპზე და გაცხელების ეტაპზე ეთერიფიკაციის რეაქციამდე და ეხმარება ეთერიფიკაციის აგენტს ცელულოზაში შეღწევაში, რათა გააუმჯობესოს ეთერიფიკაციის რეაქციის ეფექტურობა და ჩანაცვლების ერთგვაროვნება. .

დასასრულს, ეს კვლევა ხაზს უსვამს ამრევის სიმძლავრის და სხვა ფაქტორების გავლენას რეაქციის ეფექტურობაზე რეაქციის პროცესში. აქედან გამომდინარე, ამ კვლევის წინადადება ეფუძნება შემდეგ მიზეზებს: ჰეტეროგენული ეთერაციის რეაქციის სისტემაში, აბაზანის დიდი თანაფარდობის და მორევის მაღალი ინტენსივობის გამოყენება და ა.შ., არის ძირითადი პირობა შემცვლელი ჯგუფით დაახლოებით ერთგვაროვანი ცელულოზის ეთერის მომზადებისთვის. განაწილება; სპეციფიკურ ჰეტეროგენულ ეთერაციის რეაქციის სისტემაში, მაღალი ეფექტურობის ცელულოზის ეთერი, შემცვლელების დაახლოებით ერთგვაროვანი განაწილებით, შეიძლება მომზადდეს შემრევი რეაქტორის, როგორც რეაქციის აღჭურვილობის გამოყენებით, რაც აჩვენებს, რომ ცელულოზის ეთერის წყალხსნარს აქვს მაღალი გამტარუნარიანობა, რაც დიდი მნიშვნელობა აქვს თვისებების გაფართოებას. და ცელულოზის ეთერის ფუნქციები. საზიკო მანქანა გამოიყენება როგორც რეაქციის მოწყობილობა დახვეწილი ბამბის ეთერიფიკაციის რეაქციის შესასწავლად. დაბალი მორევის ინტენსივობის გამო, ის არ არის კარგი ეთერიფიკაციის აგენტის შეღწევისთვის და აქვს გარკვეული უარყოფითი მხარეები, როგორიცაა გვერდითი რეაქციების მაღალი პროპორცია და ეთერიფიკაციის შემცვლელების ცუდი განაწილების ერთგვაროვნება.