توليد خميركاغذ حل شونده با فرايند سودا-آنتراكينون از الياف ساقه كنف خودهيدروليزشده در مفهوم پالايش زيستي

Dissolving pulp production from auto-hydrolyzed Kenaf stalk fibers by Soda-AQ process in biorefinery approach

خميركاغذهاي حل شونده واجد آلفاسلولز بالا، اغلب از چوب و لينترپنبه توليد مي شوند و كاربرد وسيعي در توليد فراورده هاي متعدد سلولزي مانند ميكروسلولزها، نانوسلولزها و مشتقات متنوع سلولزي دارند. محدوديت دسترسي به چوب و پنبه، سبب اجراي پژوهش هاي فراواني در زمينه گياهان غيرچوبي به عنوان منبع اوليه اين نوع خميركاغذ شده است. استفاده حداكثري زيست توده از طريق استخراج و تبديل اجزاي غيرمفيد در هر كاربرد (مواد غيرسلولزي در خميركاغذهاي حل شونده) هدف پالايش زيستي است. از اين رو در اين پژوهش با رويكرد پالايش زيستي، چيپس هاي ساقه كنف ابتدا با آب داغ پيش هيدروليز شده و براساس افت بازدهي (27 درصد)، تيمار بهينه (دماي 160 درجه سانتي گراد و زمان ماند 40 دقيقه)، تحت پخت سودا- آنتراكينون در سطوح قليايي و زماني مختلف قرار گرفتند. مبتني بر درجه روشني و خلوص بهينه، خميركاغذ پخت شده در 22 درصد قليا و 90 دقيقه با عدد كاپاي 17/8 و بازدهي پخت 65/9 درصد توسط توالي AD1EpD2P براساس فاكتور كاپاهاي 0/45، 0/4 و 0/3 رنگبري شد. نتايج پيش هيدروليز نشان دهنده افت بازدهي و اسيديته به واسطه خروج همي سلولزها و تشديد آن با افزايش زمان است كه از منظر پالايش زيستي و الزامات آلفاسلولز مفيد است. رنگبري در فاكتور كاپاي 0/45 عدد كاپا را به 1 كاهش داد كه بازدهي 30/6 درصد (نسبت به ساقه كنف)، مقدار آلفاسلولز 94/1 درصد، گرانروي cP 6/4، خاكستر (0/51 درصد)، درجه پليمريزاسيون 1670 و روشني 80/9 درصد را سبب شد. افزايش فاكتور كاپا سبب كاهش بازدهي (2/2 درصد) و مقدار خاكستر (0/25 درصد) و افزايش گرانروي (2 درصد)، روشني (4/3 درجه) و درجه پليمريزاسيون (360 واحد) شد. بنابراين ساقه كنف را مي توان ماده اوليه غيرچوبي مناسبي براي توليد آلفاسلولز درنظر گرفت

Dissolving pulp, generally producing from wood and cotton linter and is determined as high α-cellulose which is widely used by numerus cellulosic products like microcelluloses, nanocelluloses and various cellulose derivatives. Huge attempts have been focused on non-woods as pulping raw materials, due to limitations of the resources of wood and cotton. Extreme exploitation of biomass via extraction and conversion of unsuitable components respect to a special application (non-cellulosic materials in dissolving pulp) is biorefinery purpose. Toward biorefinery approach, in this study Kenaf (Hibiscus cannabinus) stalk pre-hydrolyzed by hot water and the optimum residence time (40min) at 160 oC was selected based on the stalk yield loss (27 wt%) and then subjected to soda-anthraquinone pulping at different alkaline and time levels. Concerning optimum purity and brightness, the pulped biomass under 22 wt% alkalinity at 90 min with 17.8 kappa NO and pulping yield of 65.9 wt% was followed by AD1EpD2P bleaching sequences based on kappa factors of 0.3, 0.4 and 0.45. Pre-hydrolyze treatment revealed that the yield and acidity reduced due to hemicelluloses removal that were increased by longer times which is valuable respected to the biorefinery approach and α-cellulose requirements. Bleaching Kappa factor of 0.45 resulted in: kappa NO. 1, yield 30.6 wt% (based on the kenaf stalk), α-cellulose 94.1 wt%, viscosity 6.4 cP, ash content 0.51%, DP 1670, and brightness 80.9 respectively. Kappa factor increment led to yield (-2.2%) and ash (-0.25%) loss, together with increase in viscosity (+2%), brightness (+4.3%) and degree of polymerization (+360). Therefore, kenaf stalk could be used as a proper non woody feedstock for α-cellulose production.