VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Основным критерием при переработке отходов является их стоимость, объем, доступность и локализация, а также химический состав и технологические свойства. В Южно-Казахстанской области Республики Казахстан среди сельскохозяйственных культур по объему лидирует хлопчатник. В связи с этим весьма перспективными, на наш взгляд, являются отходы возделывания хлопка. Основную их массу образует гуза-пая – стебли и корневища растений этой технической культуры [1-2]. Большое количество гуза-паи остается после сбора хлопка в Южном Казахстане, сравнительно незначительная часть которой используется населением для бытовых нужд в качестве топлива. Другие попытки переработки гуза-паи не нашли какого-либо масштабного практического применения. Часто эти отходы сжигают непосредственно на полях, в основном же запахивают в почву.

Таким образом, гуза-пая является крупнотоннажным, доступным и перспективным вторичным ресурсом сельскохозяйственного производства на юге Казахстана и разработка технологии ее переработки в полезные вещества является весьма актуальным.

Нами разработана технологии переработки гуза-паи с применением сернистой кислоты. Гуза-паю предварительно высушивали при 102ºС в течение 2 ч для доведения до равновесной влажности. Предварительную обработку растительного сырья осуществляли разбавленной сернистой кислотой в диапазоне температур 50-120°C.

В полученной жидкой фракции содержание редуцирующих веществ определяли методом Макена-Шоорля , а моносахаридный состав бумажной хроматографией .Сплавы готовили в высокочастотной плавильной печи марки по разработанной нами технологии. В кварцевый тигель помещали рассчитанное количество Al в виде слитков и постепенно нагревали до 1000 - 1100⁰С, затем вводили рассчитанное количество кобальта и добавки промотирующего металла в виде стружки или порошка. В результате экзотермической реакции температура расплава поднималась до 1700-1800⁰С, который перемешивался в течении 3-5 минут индукционным полем. В графитовых изложницах сплав охлаждали на воздухе и измельчали до зерен 0,25 мм. Активацию сплавов проводили путем выщелачивания 10 -50%-ным водным раствором едкого натрия, взятом в объеме 40 см³ на 1 г сплава на кипящей водяной бане в течение 1 часа, после чего катализатор отмывали от щелочи водой до нейтральной реакции по фенолфталеину. Полученные таким образом катализаторы использовали для гидрировании ксилозы.

Для экспрессного выявления оптимального катализатора и изучения кинетических закономерностей опыты первоначально проводили в видоизмененном реакторе периодического действия. Аппарат снабжен герметическим приводом мощностью 0,6 кВт, скорость вращения мешалки 2800 об/мин, что позволяет убрать диффузионные осложнения реакции (3,4)

Целью дальнейших исследований явилось изучение каталитической активности сплавных кобальтовых (70%Al) катализаторов с добавками ферросплава - ферромолибдена (ФМо) в реакции жидкофазной гидрогенизации глюкозы из гуза-паи

Полученные нами результаты гидрирования глюкозы в присутствии разработанных катализаторов представлены в таблице 1 Из представленных в таблице данных видно что скорость гидрирования ксилозы на модифицированных кобальтовых катализаторах в 1,6-2,8 раза выше чем на скелетном Co( 70%Al) без добавок Наибольшую активность проявляют скелетные кобальтовые катализаторы из сплава с содержанием 5,0% ФМо

Таблица 1

Результаты исследования влияния добавки ферромолибдена на активность

скелетного (70% Al ) кобальта в реакции гидрирования глюкозы

Условия: 2,0 г катализатора, 100⁰С, 5 МПа

Добавки ФМо, %	Выход сорбита (%) во времени (мин)				W102 моль/г-ктчас
	30	60	90
Со-Al	20,6	28,8	47,1	1,45
1,0 ФМо	29,15	41,03	55,33	2,31
3,0	49,94	70,51	81,1	3,97
5,0	51,37	73,2	96,6	4,07
7,0	47,52	69,08	88,77	3,82
10,0	43,34	42,46	83,49	3,47

Получено, что с ростом концентрации водного раствора глюкозы от 5 до 30% выход сорбита на всех катализаторах уменьшается, вследствие блокировки поверхности молекулами гидрируемого вещества, а скорость реакции остается постоянной или постепенно увеличивается в зависимости от условий проведения процесса. Постоянство скорости при изменении концентрации глюкозы свидетельствует о нулевом порядке по глюкозе, т.е. гидрирование в этих условиях осуществляется при полном насыщении поверхности катализаторов молекулами исходного вещества. Повышение скорости реакции с ростом концентрации глюкозы в условиях относительно высоких температур и давлении водорода на исследуемых катализаторах свидетельствует о дробном порядке реакции по гидрируемому веществу. Последнее обстоятельство обусловлено, по-видимому, недостатком непредельного соединения на поверхности в результате высокой скорости процесса при относительно жестких условиях. Зависимость логарифма скорости гидрирования глюкозы от логарифма давления водорода при низких температурах практически на всех катализаторах характеризуется прямыми, а в области 100-120^ОС двумя прямолинейными участками. Порядок по водороду зависит как от температуры опыта, так и от давления водорода. С ростом температуры опыта то 40-120^ОС и давления водорода в пределах 2-12МПа порядок реакции по водороду, вычисленный по первым участкам прямых, в зависимости от природы легирующих добавок в сплаве по различному понижается в пределах от 1,0 до 0,3. Порядок реакции по водороду в области замедления (вторые участки прямых) понижается от 0,5 до 0,1. Опыты по влиянию концентрации глюкозы и давления водорода показывают, что порядок реакции по гидрируемому веществу изменяется от О до дробного, а по водороду - дробный.

Таким образом, нами, в ходе проведенного исследования, показана возможность утилизации гуза-паи путем синтеза многоатомного спирта – сорбита.

Список литературы:

1. Сушкова В.И., Воробьёва Г.И. Безотходная конверсия растительного сырья в биологически активные вещества – Киров, 2007 – 204с.

2. Сербина Т.В. Разработка технологии активных углей из гуза-паи. Автореф. Дис….канд.техн.наук. М. 1993.-56 с.

3. Г.С.Рысбаева, Б.Ш.Кедельбаев, Н.А.Приходько.Исследование процесса втокаталитического гидролиза пивной дробины. Наука и образование Южного Казахстана, 2011.-№5 - С.120-124

4. Б.Ш.Кедельбаев, Г.С.Рысбаева, Г.Р.Рахманбердиев. Получение ксилозы из растительного сырья. Труды МНПК, г.Ташкент, 2006 г.

Код для цитирования: Скопировать