IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Заросли камышовых растений, в основном Тростника обыкновенного, или южного (Phragmites communis) занимают в России площадь около 5 миллионов га. Ежегодно естественно возобновляемый урожай этих растений составляет примерно 35 млн. тонн. Эта биомасса представляет собой целлюлозосодержащее, быстровозобновляемое сырье.

Объектом нашего исследования являлась листостебельная масса и метелки Тростника обыкновенного. Наиболее ценную часть растений для переработки представляют собой стебли; после их естественного отмирания и усыхания осенью они служат главным объектом эксплуатации. Стебли являются хорошим заменителем древесины и могут применяться в разнообразных отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Тростник обыкновенный (южный) – вид растений семейства злаков. Крупные многолетние травы высотой 0,5-5 м, с длинными ползучими корневищами, располагающимися на глубине 50-150-см в слое грунта, иногда корневая система может достигать 10 м глубины.

По своему химическому составу сухой тростник представляет собой достаточно сложный комплекс структурных биополимеров, в основном, полисахаридов и лигнина. Он содержит 40-45 % целлюлозы, лигнин (20 %), пентозаны (24 %), углеводы (4-11 %). В свежих растениях имеется витамин С (до 500 мг %).

Целллюлозосодержащее сырье, полученное из тростника обыкновенного, имеет ряд преимуществ: низкая стоимость; доступность; возобновляемость; высокая технологичность (низкая естественная влажность при соблюдении сроков сбора, способность к длительному хранению, способность к физической и химической модификации); удобство в эксплуатации (можно изготовить гранулы любого размера, использовать просто измельченную биомассу); безопасность для окружающей среды.

Область применения тростника довольно обширна: топливные гранулы (твердое биотопливо), сорбенты для сбора нефте- и маслопродуктов с поверхности водоемов и почвы; местные строительные материалы, малоэтажное производственное и гражданское строительство, целлюлозно-картонно-бумажная и гидролизно-химическая промышленность, тарное производство, кормодобывание в сельском хозяйстве. Тростник по химическому составу вполне заменяет лиственную древесину.

Кроме целлюлозы и полуцеллюлозы, из него можно получать путем химической, физико-химической и физико-механической переработки такой же длинный ряд продуктов и материалов, как из древесины: высококачественные сорта писчей и типографской бумаги, обычный и гофрированный, тароупаковочный и матричный картон, текстильную вискозу, кормовые белковые дрожжи, фурфорол, спирт, глюкозу и многие другие продукты пиролиза.

В южных регионах России, практически лишенных леса, из камышито-тростниковых блоков традиционно строили целые дома – теплые (теплопроводность наполненных тростником стен в 4 раза ниже, чем у деревянных, и в 7 раз ниже, чем у кирпичных), «дышащие», нетоксичные, вполне прочные и надежные, а главное – недорогие. Огнестойкость таких строений гораздо выше, чем у деревянных, поскольку стены обмазаны толстым слоем глины. Современные технологии позволяют придать продукции из тростника огне- и биостойкость и, тем самым, обеспечить определённые конкурентные преимущества по сравнению с другими строительными материалами.

В Волжском политехническом институте наметились свои направления переработки тростника – это, прежде всего, получение топливных гранул (пеллет) и сорбентов для сбора нефте-маслопродуктов.

Получение топливных брикетов и гранул.

Скошенный в зимнее время сухой тростник, как показали проведённые исследования, имеет влажность в пределах 8 % и является отличным сырьём для производства топливных брикетов или гранул (пеллет). В стеблях тростника осенне-зимней заготовки, содержится 40-45% целлюлозы и 10-20% лигнина. При высоком давлении прессования лигнин проявляет вязкопластические свойства и является связующим структуры брикета. С точки зрения уменьшения энергетических затрат является перспективным оптимизация параметров температурного и механического воздействия на исходный материал, а также подбор связующих добавок. После сжигания этого топлива остается зола, которая содержит большое количество растительных питательных веществ, что привлекательно с точки зрения использования её в почве. Кроме использования в качестве удобрения, для создания замкнутого цикла использования природных ресурсов, зола может использоваться для сооружения оснований дорожных покрытий, при реконструкции верхних изношенных слоев асфальта как фиксатор дегтя, смолы, гудрона, для создания планировочных насыпей и т. п.

Получение сорбентов

Сухой тростник может использоваться для производства сорбента для сбора нефти и нефтепродуктов непосредственно на месте ликвидации аварийных разливов. Стебель тростника имеет губчатую пространственно-каркасную структуру, за счёт чего имеет неплохую сорбционную способность. Причем, для такого сорбента возможна экономически выгодная утилизация – использование отработанных гранул в качестве топлива для котлов.

В институте был получен гранулированный сорбент на основе растительной массы тростника (скошенный в период физиологического покоя тростника, при устойчивых отрицательных температурах окружающей среды). Скошенную массу подвергают измельчению до размеров частиц 5-10 мм с последующим формованием из них с усилием 80 кН гранулированного сорбента. В отличие от сорбентов на основе древесных материалов, сорбент из тростника содержит меньше смол, что повышает доступность пор, и, следовательно, увеличивается поглотительная способность сорбента.

В настоящее время продолжаются исследования по возможностям использования целлюлозосодержащего сырья, в том числе путем его модификации, полученного из тростника обыкновенного.

Код для цитирования: Скопировать