Ресурсоощадна технологія одержання наноцелюлози із недеревної рослинної сировини

Дисертаційна робота присвячена розробці ресурсоощадної технології отриманню із недеревної рослинної сировини наноцелюлози та композиційних матеріалів на її основі. Доведена можливість отримання целюлози для виробництва наноцелюлози термохімічною обробкою недеревної рослинної сировини в органічних розчинниках. Розраховано константи швидкості та енергія активації процесу делігніфікації пшеничної соломи. Удосконалено процес гідролізу органосольвентної целюлози розчинами сульфатної кислоти зниженої концентрації. Розраховано математичні моделі процесу гідролізу целюлози із НДРС та ефективні значення технологічних параметрів отримання наноцелюлози. Встановлено позитивний вплив наноцелюлози як зміцнюючої добавки у композиції картонно-паперової продукції. Доцільність введення наноцелюлози в цементну композицію підтверджено актом впровадження на підприємстві цементної промисловості.
The dissertation is devoted to the production from non-wood plant raw materials of nanocellulose and composite materials based on it. The processes of cooking pulp from non-wood plant raw materials in organic solvents in order to obtain cellulose suitable for chemical processing have been studied. It was found that preliminary alkaline treatment of plant raw materials with a 5% NaOH solution at a temperature of (97 ± 2) °С for 90 min leads to the removal of more than 50% of lignin and about 80% of minerals from plant materials, which contributes to subsequent efficient delignification in the process of organosolv pulping. Organosolv pulping in a mixture of peracetic acid for 180 min allows to obtain pulp with a minimum content of lignin (up to 0.61%) and minerals (up to 0.09%), which is suitable for subsequent production of nanocellulose from it. The process of hydrolysis of organosolv pulp with sulfuric acid solutions has been improved. Effective parameters of technological factors of nanocellulose production were obtained experimentally and with the use of mathematical methods. It has been proven that as a result of the hydrolysis of organosolv pulp from non-wood plant raw materials and the treatment of the suspension with ultrasound, nanoparticles with a transverse size of 10-60 nm and a crystallinity index of up to 80% were obtained. The obtained nanocellulose films are characterized by tensile strength up to 70 MPa and transparency up to 74% in the visible region of the spectrum. It were established, dependences of the quality indicators of nanocellulose (density, thickness, transparency, physical and mechanical parameters) of the main technological parameters: temperature, duration of hydrolysis and ultrasound treatment, concentration of sulfuric acid. In order to determine the quality indicators of organosolv cellulose and nanocellulose, a number of chemical and instrumental methods of analysis were performed. Analysis of the chemical composition of non-wood