Анализ мицеллообразования и адсорбционных слоев бинарных смесей компонентов сульфатного мыла
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-6-196-205Ключевые слова:
сульфатное мыло, черный щелок, олеат натрия, абиетат натрия, псевдофазная модель Рубина–РозенаАннотация
В настоящее время одним из направлений развития целлюлозно-бумажной промышленности является био-рефайнинг, основанный на комплексной и глубокой переработке древесного сырья с получением продуктов, имеющих высокую добавленную стоимость, при сокращении количества отходов. В число актуальных задач био-рефайнинга входит усовершенствование технологии выделения вторичных продуктов (сульфатного мыла) из отработанных щелоков с увеличением выхода, качества получаемого продукта и снижением загрязнения окружающей среды. Сложность и энергоемкость процесса извлечения сульфатного мыла из отработанных щелоков обуславливается многими факторами, в т. ч. породой, используемой для варки древесины, составом экстрактивных веществ, способом подготовки древесины к делигнификации. Сульфатное мыло, выделяемое в основном отстаиванием из черного щелока, представляет собой многокомпонентную эмульсию, в составе которой преобладают смоляные и жирные кислоты, а также содержится небольшое количество неомыляемых веществ и примесь лигнина. Низкая степень извлечения связана и с отсутствием систематизированных данных о взаимном влиянии компонентов сульфатного мыла. Установлены закономерности межмолекулярного взаимодействия индивидуальных компонентов вторичного продукта – сульфатного мыла. Методами кондуктометрии и тензиометрии определены критические концентрации мицеллообразования и депрессия поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных олеата натрия, абиетата натрия и их смесей вариативного состава. С использованием псевдофазной модели Рубина-Розена проведен детальный анализ смешанных мицелл и адсорбционных слоев. Объяснены механизмы взаимодействия компонентов в смесях. В смешанных растворах обнаружено превалирование влияния более поверхностно-активного олеата натрия на состав мицелл и адсорбционных слоев. Однако максимальный синергетический эффект мицеллообразования в смесях наблюдается при преимущественном содержании абиетата натрия. Анализ экспериментальных данных и результат моделирования сульфатного мыла позволили объяснить сложность его извлечения из щелоков после варки древесины с присутствием лиственных пород в количестве более 30 %: причина – сниженное содержание смоляных кислот в черном щелоке.
Для цитирования: Якубова О.С., Демьянцева Е.Ю., Смит Р.А., Дубовый В.К. Анализ мицеллообразования и адсорбционных слоев бинарных смесей компонентов сульфатного мыла // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 6. С. 196–205. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-6-196-205
Скачивания
Библиографические ссылки
Аким Э.Л. Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) в мире и в России // Леса России: политика, промышленность, наука, образование: материалы II междунар. науч.-техн. конф. Т. 3. СПб.: СПбГЛТУ, 2017. С. 198–202. Akim E.L. Pulp and Paper Industry in the World and in Russia. Proceedings of the Second International Scientific and Engineering Conference “Forests of Russia: Politics, Industry, Science, and Education”. Vol. 3. Saint Petersbutg, SPbGLTU Publ., 2017, pp. 198–202.
Андранович О.С., Демьянцева Е.Ю., Филиппов А.П., Смит Р.А. Деэмульгирование сульфатного мыла при введении неиногенного поверхностно-активного вещества // Изв. вузов. Лесн. журн. 2019. № 6. С. 224–232. Andranovich O.S., Demiantseva E.Yu., Filippov A.P., Smit R.A. Sulphate Soap Demulsifying with Addition of Non-Ionic Surfactant. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 6, pp. 224–232. DOI: https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.6.224
Богомолов Б.Д., Буцаленко В.С., Осташенко М.И., Мариев А.А. Направление использования таллового пека // Лесохимия и подсочка: обзор. информ. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1989. № 1. 28 с. Bogomolov B.D., Butsalenko V.S., Ostashenko M.I., Mariyev A.A. Direction of Use of Tall Oil Pitch. Lesokhimiya i podsochka (obzornaya informatsiya), 1989, no. 1. 28 p.
Владимирова Т.М., Соколов О.М., Третьяков С.И. Повышение выхода экстрактивных веществ дерева в процессе щелочной делигнификации // Физикохимия лигнина. Архангельск, 2005. С. 157–160. Vladimirova T.M., Sokolov O.M., Tret’yakov S.I. Increasing the Yield of Wood Extractives in Alkaline Delignification. Proceedings of the International Conference “Physical Chemistry of Lignin”. Arkhangelsk, 2005, pp. 157–160.
Ковернинский И.Н., Комаров В.И., Третьяков С.И., Богданович Н.И., Соколов О.М., Кутакова Н.А., Селянина Л.И. Комплексная химическая переработка древесины / под ред. И.Н. Ковернинского. Архангельск: АГТУ, 2002. 347 с. Koverninskiy I.N., Komarov V.I., Tret’yakov S.I., Bogdanovich N.I., Sokolov O.M., Kutakova N.A., Selyanina L.I. Complex Chemical Processing of Wood. Ed. by I.N. Koverninskiy. ASTU Publ., 2002. 347 p.
Осовская И.И., Демьянцева Е.Ю., Андранович О.С. Определение поверхностного натяжения методом отрыва кольца Дю-Нуи. СПб.: сп бгуптд , 2016. 24 с. Osovskaya I.I., Dem’yantseva E.Yu., Andranovich O.S. Determination of Surface Tension by the Anchor-Ring Method (Du Nui Method): Study Guide. Saint Petersburg, VShTE SPbGUPTD Publ., 2016. 24 p.
Старжинская Е.В., Кряжев А.М., Третьяков С.И., Глуханов А.А. Промывка смешанного сульфатного мыла нейтрализованной кислой водой // Изв. вузов. Лесн. журн. 2019. № 5. С. 194–202. Starzhinskaya E.V., Kryazhev A.M., Tret’yakov S.I., Glukhanov A.A. Mixed Sulfate Soap Washing with Neutralized Spent Acid. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 5, pp. 194–202. DOI: https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.5.194
Труфанова М.В., Селянина С.Б., Афанасьев Н.И. Влияние сульфатного лигнина ели на коллоидно-химические свойства основных компонентов сульфатного мыла (сообщение 1) // Химия растит. сырья. 2010. № 2. С. 23–26. Trufanova M.V., Selyanina S.B., Afanas’yev N.I. The Effect of Spruce Sulphate Lignin on the Colloid-Chemical Properties of Mixtures of the Main Components of Sulphate Soap (Report 1). Khimija Rastitel’nogo Syr’ja [Chemistry of plant raw material], 2010, no. 2, pp. 23–26.
Фейгус Э.И., Змачинская Н.Е. Выделение и сбор сульфатного мыла // Целлюлоза. Бумага. Картон: обзор. информ. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1990. № 9. 48 с. Feygus E.I., Zmachinskaya N.E. Sulphate Soap Isolation and Skimming. Tsellyuloza. Bumaga. Karton (obzornaya informatsiya), 1990, no. 9. 48 p.
Филиппов Б.С. О выделении сульфатного мыла из черных щелоков // Изв. вузов. Лесн. журн. 1964. № 1. С. 154–158. Filippov B.S. On the Isolation of Sulphate Soap from Black Liquor. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 1964, no. 1, pp. 154–158. URL: lesnoizhurnal.ru/apxiv/1964
Филиппов Б.С. Оценка состава смолистых веществ сульфатного мыла // Изв. вузов. Лесн. журн. 1973. № 5. С. 102–105. Filippov B.S. Assessment of the Composition of Resinous Substances of Sulphate Soap. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 1973, no. 5, pp. 102–105. URL: lesnoizhurnal.ru/apxiv/1973/5-1973
Царев Г.И., Некрасова В.Б. Побочные продукты производства сульфатной целлюлозы и их использование при получении древесных плит // Лесохимия и подсочка: обзор. информ. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1985. № 3. 40 с. Tsarev G.I. Nekrasova V.B. Sulphate Pulp Production By-Products and Their Use in the Production of Wood-Based Panels. Lesokhimiya i podsochka (obzornaya informatsiya), 1985, no. 3. 40 p.
Цветков А.А., Богданович Н.И., Селянина С.Б. Извлечение сульфатного мыла, как способ увеличения эффективности работы предприятия ЦБП // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2014. № 7. С. 58–61. Tsvetkov A.A., Bogdanovich N.I., Selyanina S.B. Removing of Sulphate Soap as a Way to Increase the Efficiency of Pulp and Paper Enterprises. Tsellyuloza. Bumaga. Karton, 2014, no. 7, pp. 58–61.
Шеломенцев В.В., Ведерников Д.Н., Старжинская Е.В. Выделение нейтральных веществ хвойного и лиственных сульфатных мыл // Леса России: политика, промышленность, наука, образование: материалы IV междунар. науч.-техн. конф. СПб.: СПбГЛТУ, 2019. С. 327–329. Shelomentsev V.V., Vedernikov D.N., Starzhinskaya E.V. Isolation of Neutral Substances of Coniferous and Deciduous Sulphate Soaps. Proceedings of the Fourth International Scientific and Engineering Conference “Forests of Russia: Politics, Industry, Science, and Education”. Saint Petersburg, SPbGLTU Publ., 2019, pp. 327–329.
Evdokimov A.N., Kurzin A.V., Trifonova A.D., Popova L.M., Buisman G.J.H. Desulfurization of Black Liquor Soap for Production of Crude Tall Oil with Lower Sulfur Content. Wood Science and Technology, 2017, vol. 51, iss. 6, pp. 1353–1363. DOI: https://doi.org/10.1007/s00226-017-0912-y
Gu X.-F., Huo J., Wang R.-T., Wu D.-C., Yan Y.-L. Synergism in Mixed Zwitterionic Surface Activity Ionic Liquid and Anionic Surfactant Solution: Analysis of Interfacial and Micellar Behavior. Journal of Dispersion Science and Technology, 2014, vol. 36, iss. 3, pp. 334–342. DOI: https://doi.org/10.1080/01932691.2014.901915
Huibers D.T.A., Rogers R.R. Environmental Aspects of Tall Oil Distillation. INFORM: International News on Fats, Oils and Related Materials, 1994, no. 4. 526 p.
Prado F.I. Air Emissions Aspects, Tall Oil Plants. INFORM: International News on Fats, Oils and Related Materials, 1994, no. 4. 526 p.
Selyanina S.B, Makarevich N.A., Tel’tevskaya S.E., Afanas’eva N.I., Selivanova N.V. Influence of Adsorption of Lignosulfonates on Kraft Lignin in the Presence of Tall Oil on Separation of Water-Tall Oil Emulsion. Russian Journal of Applied Chemistry, 2002, vol. 75, iss. 11, pp. 1873–1877. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1022243010785
Selyanina S.B., Selivanova N.V., Afanasiev N.I., Trufanova M.V. The Model Investigations of the Behavior of Heterogeneous Systems with Participation of Lignin and Extractive Substances. Proceedings of the 8th European Workshop on Lignocellulosics and Pulp (EWLP 2004). Riga, 2004, pp. 285–289.
Tikka P., Kovasin K., Laxén T. Solving Soap and Turpentine Related Process Problems in Softwood Kraft Mills. Pulp and Paper Canada, 2002, vol. 103(6), pp. 30–35.
Zubarev A.Yu., Iskakova L.Yu. To the Theory of the Aggregation of Polydisperse Colloids. Colloid Journal, 2004, vol. 66, iss. 3, pp. 296–301. DOI: https://doi.org/10.1023/B:COLL.0000030839.66688.ea
