تبدیل شیمیایی پساب کاغذ به کربوکسی متیل سلولز

سنتز کربوکسی متیل سلولز با استفاده از پساب های حاوی الیاف سلولز کوتاه مورد بررسی قرار گرفت. کربوکسی متیل سلولز با توجه به فرایند دوغاب با استفاده از مقدار متفاوت هیدروکسید سدیم و زمانهای مختلف انکوباسیون در دمای ۳۰ درجه سانتی گراد پس از واکنش اتریفیکاسیون به عنوان متغیر سنتز شد.

خصوصیات محصول توسط طیف سنجی مادون قرمز، پراش اشعه ایکس، میزان جایگزینی، متوسط درجه پلیمریزاسیون، ظرفیت جذب آب، رنگ، خواص رئولوژیکی، ویسکوزیته ظاهری و محتوای عناصر کمیاب انجام شد. زمان جوجه کشی کمی عملکرد واکنش و میزان جایگزینی را در ۱۲ ساعت اول افزایش داد. زمانی که غلظت اولیه NaOH از ۷٫۰ گرم بر میلی لیتر به ۱۰٫۵ گرم در میلی لیتر افزایش یافت، بازده واکنش و میزان جایگزینی هر دو کاهش یافت.

کربوکسی متیل سلولز به دست آمده از پساپ های صنعتی

کربوکسی متیل سلولز به دست آمده تیره تر بود و خواص هیدراتاسیون کمتری نسبت به نمونه های تجاری داشت. محتوای عناصر کمیاب نشان می دهد که این محصول فقط در کارخانه های رنگ یا صنایع مصالح ساختمانی قابل استفاده است.

در آرژانتین سالانه حداقل ۱۸۰ میلیون تن زباله جامد شهری تولید و در محل دفن زباله دفن می شود. فرصتهای دفن زباله های جامد شهری با کاهش منابع زمینی ارزان قیمت به سرعت در حال کاهش است.

به طور معمول، محصولات مشتقات خمیر و کاغذ حدود ۴۵ درصد از زباله های شهری را تشکیل می دهند. با این حال، در دهه گذشته به دلیل نگرانی های زیست محیطی، مقررات دولتی و ملاحظات اقتصادی، تلاش بیشتری در زمینه بازیافت کاغذ وجود دارد.

در صنعت کاغذ بازیافت شده، درجه های مختلف لجن اولیه با توجه به استحکام و طول الیاف تعریف شده است. فرآیندهای بازیافت کاغذ شامل درمان های مکانیکی و حرارتی پی در پی در محلول آبی برای برش و اصلاح الیاف سلولز اصلی است. پساب های مایع تولید شده در طی این فرایند حاوی مقدار قابل توجهی از الیاف سلولز کوتاه (SCF) هستند که برای ترکیب شدن در شبکه کاغذ بازیافتی مناسب نیستند.

ترکیب لجن کاغذ بازیافتی تقریباً ۲۵-۳۰٪ SCF و ۷۰-۷۵٪ آب است. این پسماندها معمولاً دفن می شوند یا پس از آبگیری سوزانده می شوند که هزینه بر است. تبدیل مواد زاید به محصولات مفید، اثرات زیست محیطی تولید کاغذ را کاهش می دهد.

روشهای پیشنهادی کاهش فاضلاب شامل بازیافت فاضلاب با بازیابی همزمان الیاف است. استفاده مجدد از الیاف همیشه در همان شرکتی که تولید می شود امکان پذیر نیست. در نتیجه، جایگزین مدیریت مورد نیاز است.

بیشترین روش جایگزین مدیریت غیر متعارف، استفاده مجدد از لجن اولیه به عنوان ماده اولیه در تولید تخته سخت، تخته فیبر، مصالح ساختمانی مانند سیمان و بتن، آجر و مواد پوشش دهنده کاربرد زمین است. به منظور افزایش گزینه های استفاده مجدد از لجن اولیه، روشهای جدید بازیافت باید مورد بررسی قرار گیرد.

روش های جدید بازیافت با استفاده از کربوکسی متیل سلولز

با توجه به این نکته، کربوکسی متیل سلولز (CMC) امروزه پرکاربردترین اتر سلولز است که در تعداد زیادی از صنایع کاربرد دارد، بنابراین، طیف وسیعی از کیفیت مورد نیاز برای این پلیمر وجود دارد. کربوکسی متیل سلولز از زباله های ساگو، ضایعات سلولزی از صنایع نساجی و پوشاک، سنبل آب و لجن کاغذ سنتز شد. فرآیند دوغاب برای تولید مقیاس بزرگ کربوکسی متیل سلولز استفاده می شود.

در این روش سنتز CMC در دو مرحله انجام می شود. اولین مرحله، پایه گذاری است که در آن سلولز در سیستم الکل – آب – هیدروکسید سدیم معلق می شود. مرحله دوم اتریفیکاسیون با اسید مونوکلرواستیک است.

عوامل متعددی بر کربوکسی متیلاسیون سلولز و ویژگیهای ناشی از CMC تأثیر می گذارد، مانند نوع حلال ها غلظت هیدروکسید سدیم، دما، غلظت اسید monochloroacetic و زمان واکنش. در حال حاضر هیچ اطلاعاتی در مورد بازده واکنش هنگامی که مخلوط واکنش در دمای ۳۰ درجه سانتی گراد پس از واکنش اتریفیکاسیون در محتوای مختلف هیدروکسید سدیم انکوبه می شود، در دسترس نیست.

بنابراین، هدف از این کار بررسی تأثیر این متغیرها بر بازده واکنش، درجه پلیمریزاسیون و میزان جایگزینی CMC است که با استفاده از SCF از لجن بازیافتی کاغذ به دست آمده است. ما همچنین کیفیت کربوکسی متیل سلولز حاصل از تجزیه و تحلیل محتوای عنصر کمیاب، رئولوژی، رنگ و ظرفیت جذب آب را ارزیابی کردیم.

نتیجه

زمان بازیافت کمی عملکرد واکنش و میزان جایگزینی را در ۱۲ ساعت اول افزایش داد. وقتی واکنش غلظت هیدروکسید سدیم از ۷٫۰ گرم بر میلی لیتر به ۱۰٫۵ گرم در میلی لیتر افزایش یافت، بازده واکنش و میزان جایگزینی هر دو کاهش یافت.

میزان پلیمریزاسیون تحت تأثیر زمان بازیافت و غلظت هیدروکسید سدیم قرار نگرفت. کربوکسی متیل سلولز به دست آمده تیره تر از مرجع بود و محتوای Cr و Pb از حداکثر مجاز موجودات تنظیم کننده فراتر می رود. خواص هیدراتاسیون نیز کمتر از مرجع بود.

نتایج کار حاضر نشان می دهد که می توان کربوکسی متیل سلولز را با استفاده از SCF خام به عنوان ماده اولیه به دست آورد و چراکه کربوکسی متیل سلولز جایگزینی برای تولید محصول با ارزش افزوده و کمک به حل حداقل بخشی از مشکلات زیست محیطی ناشی از صنعت  را ارائه می دهد.