Обзор СМИ от 22 января 2025 года

АРХАНГЕЛЬСКИЕ УЧЁНЫЕ ИЩУТ НОВЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАЛОВОСТРЕБОВАННОМУ КОМПОНЕНТУ ДРЕВЕСИНЫ
Газета «Архангельск — город воинской славы»
Лигнин может стать перспективным материалом для создания электрических конденсаторов. Об этом свидетельствуют экспериментальные данные, которые получила научная группа сотрудников Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики имени академика Н. П. Лавёрова Уральского отделения РАН (Лавёровский центр) и Северного (Арктического) федерального университета имени М.В Ломоносова (САФУ).
Лигнин — важнейший компонент древесины. Само слово «лигнин» и происходит от латинского lignum — дерево, древесина. Это второй по распространённости после целлюлозы природный полимер. Его содержание в древесине в зависимости от пород составляет от 18 до 35 процентов.
Однако до сих пор лигнин не находит широкого применения. Он рассматривается как отход целлюлозно-бумажного производства (ЦБП). При сульфатном способе получения целлюлозы лигнин используется предприятиями, как правило, в системе регенерации химикатов и сжигается для получения электроэнергии. Наиболее заметными продуктами из лигнина вне сферы ЦБП стали энтеросорбенты. Впрочем, исследовательские данные говорят, что промышленный потенциал биополимера не исчерпан.
— Анализ структурных свойств природных и технических лигнинов показывает, что этот биополимер обладает уникальными электрофизическими свойствами. Структура лигнина близка к материалам, которые используются для получения конденсаторных диэлектриков, — поясняет руководитель исследовательской группы, директор Института экологических проблем Севера Лавёровского центра, профессор САФУ Константин Боголицын.
Определить, какие структуры и центры в природном полиароматическом нерегулярном органическом соединении могут переносить электрические заряды, удалось альянсу химиков и физиков в рамках междисциплинарной работы. В составе исследовательского коллектива над проектом работают заведующая лабораторией химии растительных биополимеров Лавёровского центра Мария Гусакова, старший научный сотрудник лаборатории Сергей Хвиюзов и старший преподаватель кафедры фундаментальной и прикладной физики САФУ Александр Волков.
Учёные Лавёровского центра и САФУ провели исследования электрофизических свойств лигнина в широком диапазоне частот переменного электрического поля — от 0,01 до 10 000 000 Гц. Методом диэлектрической спектроскопии оценивалось проявление разных типов поляризации биополимера, обусловленных его полифункциональной природой. С помощью инфракрасной Фурье-спектроскопии впервые были получены данные о распределении сетки водородных связей с участием реакционных центров макромолекул и их влиянии на реакционные свойства полимера.
В ходе эксперимента была установлена взаимосвязь функциональной природы, физико-химических и электрофизических свойств лигнина. Как отмечают участники научного коллектива, диэлектрическая проницаемость лигнина менялась незначительно в диапазоне частот до 107 (10 млн) Гц и при температурах менее 100 °С.
Это даёт основания считать лигнины материалом, пригодным для получения широкополосных электрических конденсаторов, ёмкость которых не будет зависеть от частоты внешнего переменного электрического поля.
По словам Константина Боголицына, фундаментальные исследования позволяют научной группе постепенно перейти к изучению управляемости диэлектрических процессов.
— Это очень важный аспект. Теперь мы попытаемся модифицировать лигнинные компоненты с тем, чтобы усилить те или иные электрофизические свойства. При получении новых данных станет очевиднее, какими именно могут быть области применения лигнинов, — подчеркнул руководитель научного коллектива.
При этом исследователи обращают внимание на важную с точки зрения экологии характеристику потенциально перспективного материала. Как пояснил старший научный сотрудник лаборатории химии растительных биополимеров Лаверовского центра Сергей Хвиюзов, лигнины являются биоразлагаемыми полимерами. И это качество материал сохранит даже в новых модификациях, сообщает пресс-служба ФИЦКИА УрО РАН.
Добавим, что результаты исследования архангельских ученых опубликованы в международном научном издании «Журнал химии и технологии древесины» Journal of Wood Chemistry and Technology и в других высокорейтинговых научных журналах, а также в материалах крупнейшей научной конференции по химическим наукам «XXII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии».
ОТЛИЧИЕ ПЕНОГАСИТЕЛЯ И ДЕАЭРАТОРА
Ричард Уэст, менеджер, Amazon Papyrus Chemicals, Paper Mart
Многие клиенты обращаются к производителям и поставщикам химикатов, потому что хотят решить проблему пенообразования, которая обычно заключается в образовании обильной поверхностной пены в разных местах в процессе производства целлюлозы или бумаги.
Основное пенообразование происходит в следующих узлах производственной линии: сборник подсеточных вод, сборник регистровых вод, стоки, очистные сооружения, клеильный пресс, кухня для приготовления крахмальной суспензии, промывка для небеленой массы и выдувной резервуар. Наличие пены может привести к различным проблемам во время производства.
Почему возникают воздушные пузырьки и поверхностная пена?
Стабильная пена образуется по следующим причинам:
- Наличие жидкости: вода является основным компонентом процесса производства целлюлозы и бумаги.
- Примесь в жидкости: в массе естественным образом содержится много химикатов и поверхностно-активных веществ, которые выделяются в процессе варки. Производители бумаги используют много добавок в мокрой части БДМ и КДМ, чтобы придать бумаге различные функциональные свойства.
- Механическая энергия: процесс производства целлюлозы и бумаги очень динамичен.
Производства целлюлозы и бумаги подвержен влиянию всех трех компонентов, поэтому вспенивание является стандартным явлением.
Воздушный пузырь образуется в жидкой фазе под действием механической энергии и иногда в результате химической или биологической реакции. Воздух в жидкой фазе – это растворенный газ, межмолекулярный воздух или свободный воздух, размер воздушного пузырькаопределяет, остается ли он во взвешенном состоянии или поднимается на поверхность жидкости. Примеси, присутствующие в жидкой фазе (например, поверхностно-активные вещества), определяют стабильность воздушного пузырька как в жидкой фазе, так и на поверхности жидкости.
ПАВ приводят к повышенному пенообразованию. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) находятся в жидкой фазе: в процессе варки целлюлозы лигнин омыляется при высокой температуре и pH. В производстве бумаги такие добавки как химикаты для повышения прочности в сухом и мокром состоянии, для поверхностной проклейки и крахмал, являются примерами химикатов, которые способствуют образованию воздуха и пены.
Если стабилизированный воздушный пузырь остается в жидкой фазе, это приводит к различным негативным аспектам производственного процесса, таким как:
Производство бумаги
- Плохое формование, приводящее к снижению прочности листа, снижению производительности из-за обрывов листа и дефектов листа, таких как сквозные отверстия и ухудшенные просветы.
- Снижение эффективности производительности насосов, приводящее к снижению производительности линии.
- Снижение обезвоживания, приводящее к снижению производительности и повышению потребления пара и электроэнергии.
Производство целлюлозы
- Низкая эффективность промывки, приводящая к ухудшению параметров целлюлозы.
- Меньшее количество концетвердых веществ в щелоке, приводящее к более высоким затратам энергии на выпарных аппаратах.
- Более высокие потери регенерируемой соды, приводящие к большему количеству закупки щелочи.
- Уменьшение разбавления массы, приводящее к более медленной скорости и обезвоживанию.
- Увеличение количества примесей, приводящие к загрязнению целлюлозы.
- Увеличение затрат на отбеливание.
Побочные эффекты для бумагоделательной машины
Если стабилизированный воздушный пузырь поднимается на поверхность жидкости, он не лопнет и останется там до тех пор, пока не будет физически или химически разрушен. Поверхностная пена имеет некоторые из следующих отрицательных влияний на процесс производства:
- Уровень воды в ящиках визуально трудно контролировать.
- Осаждение пены на стенках ящиков, что приводит к микробиологическим проблемам.
- Отрыв высохшей пены вызывает дефекты и обрывы листов бумаги.
- Необходимость промывки потоков.
- Проблемы с пенообразованием создают экологические риски (пена в стоках, реках и т. д.).
- Неэстетичный внешний вид.
- Перерасход химикатов, участвующих в процессе производства.
Все вышеперечисленное увеличивает себестоимость продукции, которую может значительно снизить эффективный пеногаситель или деаэратор.
Как контролировать воздух в жидкой фазе и поверхностной пене?
Растворенный воздух в жидкой фазе и поверхностной пене можно контролировать с помощью механической и химической обработки.
Механическая обработка
- Использование пеногасителей (форсунки с распылением воды) непосредственно над поверхностной пеной физически сбивает пену.
- Декуляторы — это вакуумные системы, спроектированные на машиностроительном заводе; жидкая фаза находится под пониженным давлением, в результате чего воздух может быть легко удален.
Химическая обработка
- Пеногаситель уменьшает или разрушает существующую поверхностную пену.
- Деаэратор уменьшает содержание растворенного воздуха и предотвращает стабилизацию поверхностной пены; если это возможно, потребность в пеногасителе снижается.
- Эффективный пеногаситель/деаэратор должен в некоторой степени сочетать оба этих эффекта.
Как выбрать правильный пеногаситель/деаэратор?
Производители химии рекомендуют использовать на предприятии как пеногасители, так и деаэраторы, которые могут снизить количество растворенного воздуха и поверхностной пены.
Пеногасители справляются с тяжелой поверхностной пеной. Нужно протестировать различные типы пеногасителей, чтобы увидеть, какой из них эффективно дестабилизирует поверхностную пену. Наиболее эффективным типом химического пеногасителя скорее всего будет поверхностно-активное вещество, но противоположное типам поверхностно-активных веществ, которые стабилизируют пену. После того, как мы выбрали наиболее подходящий пеногаситель для использования, нам нужно выбрать наилучшую точку дозирования. Важно выбрать позицию с хорошим перемешиванием, чтобы обеспечить равномерное распределение пеногасителя. Поскольку пеногаситель действует быстро, его можно добавлять непосредственно перед или в момент сильного вспенивания.
При использовании деаэратора мы стремимся к снижению растворенного воздуха в жидкой фазе. Наиболее эффективными деаэраторами, используемыми в мокрой части бумажного производства, обычно являются дисперсии жирных спиртов, и в зависимости от температуры мы выбираем подходящие деаэраторы.
Есть рекомендации использовать как пеногаситель, так и деаэратор, которые могут выиграть от снижения растворенного воздуха и поверхностной пены.
Целлюлозные заводы часто используют комбинацию пеногасителя и деаэратора; они обычно представляют собой эмульсии или концентраты на основе силикона и предназначены для использования при высокой температуре и высоком pH.
Процесс производства целлюлозы и бумаги является динамичным и никогда не бывает стабильным, что означает, что эффективность пеногасителя и деаэратора также может меняться. Поэтому рекомендуется регулярно проверять используемые продукты, чтобы обеспечить оптимальную производительность.