Preparation of microcrystalline cellulose from industrial hemp trusts

Abstract

Получение микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), как одного из широко востребованных продуктов переработки целлюлозы, из альтернативных источников целлюлозосодержащего сырья является актуальнейшей задачей на сегодняшний день. В качестве альтернативного источника микрокристаллической целлюлозы рассматривается техническая конопля, которая имеет ряд преимуществ по сравнению с другим растительным сырьем, таких как большой объём ежегодного воспроизведения биомассы; невысокие затраты на её возделывание; высокая урожайность по стеблю; содержание лигнина значительно ниже по сравнению с древесиной; упрощённая делигнификация. Техническая конопля перед началом варки размалывалась до размеров 10-20 мм. Из-за высокого содержания костры в размолотой технической конопле разработан многостадийный технологический режим получения микрокристаллической целлюлозы. Многостадийный технологический режим получения микрокристаллической целлюлозы состоит из предгидролиза (натронной варки), пероксидно-молибдатной делигнификации, кислотного гидролиза и отбелки. Натронная варка, по сравнению с сульфатной или сульфитной варкой, обусловлена экологичностью из-за отсутствия соединений серы. Пероксидно-молибдатная делигнификация выбрана из-за более полного удаления остаточного лигнина из растительного сырья. Гидролиз полученного полупродукта минеральными кислотами обусловлен тем, что это самый распространенный и доступный способ получения микрокристаллической целлюлозы. Отбелка необходима для придания окончательных свойств, так как полученная МКЦ представляет собой мелкодисперсные частицы кремового цвета. Применение раствора серной кислоты для кислотного гидролиза тресты технической конопли по предлагаемой технологической схеме получения МКЦ приводит к уменьшению степени полимеризации на 55-60 единиц по сравнению с применением раствора соляной кислоты при этой же технологической схеме получения МКЦ. Микрокристаллическая целлюлоза из тресты технической конопли, полученная с использованием более высоких температур при натронной варке, при одинаковых режимах на других стадиях характеризуется более низкой белизной, из чего следует, что более оптимальным технологическим режимом получения МКЦ из тресты технической конопли является применение низкотемпературной натронной варки при начальной стадии. The production of microcrystalline cellulose (MCC), as one of the widely popular products of cellulose processing, from alternative sources of cellulose-containing raw materials is a pressing task today. Industrial hemp is considered as an alternative source of microcrystalline cellulose, which has a number of advantages compared to other plant raw materials, such as a large volume of annual biomass reproduction; low costs for its cultivation; high yield per stem; lignin content is significantly lower compared to wood; simplified delignification. Before cooking, industrial hemp was ground to a size of 10-20 mm. Due to the high content of buds in ground industrial hemp, a multi-stage technological regime for the production of microcrystalline cellulose has been developed. The multi-stage technological regime for the production of microcrystalline cellulose consists of pre-hydrolysis (sodium cooking), peroxide-molybdate delignification, acid hydrolysis and bleaching. Soda cooking, compared to sulfate or sulfite cooking, is environmentally friendly due to the absence of sulfur compounds. Peroxide-molybdate delignification was chosen due to the more complete removal of residual lignin from plant materials. Hydrolysis of the resulting intermediate product with mineral acids is due to the fact that this is the most common and accessible method for producing microcrystalline cellulose. Bleaching is necessary to impart final properties, since the resulting MCC is fine, cream-colored particles. The use of a sulfuric acid solution for the acid hydrolysis of industrial hemp trusts according to the proposed technological scheme for the production of MCC leads to a decrease in the degree of polymerization by 55-60 units than the use of a hydrochloric acid solution with the same technological scheme for the production of MCC. Microcrystalline cellulose from industrial hemp trust, obtained using higher temperatures during soda cooking, under the same conditions at other stages is characterized by lower whiteness, which means that the more optimal technological mode for obtaining MCC from industrial hemp trust is the use of low-temperature soda cooking at the initial stages.