Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Таблетки, хлеб, биотопливо: в ПНИПУ рассказали о необычных способах применения целлюлозы
Что общего у колбасы и бумаги? Ответ: целлюлоза — органическое соединение и углевод, получаемый преимущественно из древесины. Ученые Пермского Политеха рассказали о необычных способах применения этого полисахарида и объяснили, как он помогает работе кишечника, зачем нужен в хлебе и консервах, как отличить целлофан от полиэтилена (да, это разные вещи), чем хороши изделия из вискозы и может ли биотопливо из древесины составить конкуренцию бензину.
Что такое целлюлоза?
Целлюлоза — это волокнистый полуфабрикат. Материал относится к полисахаридам — органическим веществам, состоящим из элементов — углерода, кислорода и водорода. Представляет собой волокна, скрепленные между собой в прочную ткань с помощью связующего вещества древесины — лигнина.
«Для получения целлюлозы могут использоваться все породы древесины. В России перерабатывают как хвойные (ель, пихту, сосну, лиственницу), так и лиственные — осину, тополь, березу. За рубежом больше распространены дуб, бук и другие для нашей страны ценные и очень дорогие деревья», — рассказывает Фирдавес Хакимова, доктор технических наук, процессор кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» ПНИПУ.
Какой путь проходит дерево, прежде чем оказаться бумагой или картоном? Для получения целлюлозы используются только здоровые деревья, без гнили. Заготовка древесины проходит в лесосеках, принадлежащих целлюлозно-бумажному предприятию, а срубленные растения компенсируют высадкой молодых саженцев. Длинные стволы деревьев распиливают на бревна длиной один-полтора метра, — в целлюлозно-бумажной отрасли они называются балансами. Затем их очищают от коры и измельчают на щепочки размером 2-3 сантиметра и толщиной 3-5 миллиметров.
Эту щепу сортируют для отделения крупных щепочек и мелких опилок. После этого их подвергают варке с помощью химикатов при высокой температуре и под давлением. В этом процессе из древесины удаляется 70-80 процентов лигнина. Поэтому сваренная щепа легко разделяется на отдельные целлюлозные волокна. Из этих волокон путем механических обработок получают целлюлозную массу. В зависимости от назначения в нее добавляют химикаты, которые придают бумаге специфические свойства. Бумажная масса подается на бумагоделательную машину, которая представляет собой сложнейший агрегат, состоящий из множества вращающихся деталей и узлов. Там из массы получают листовой продукт, который затем проходит сложные процессы прессования и сушки для удаления оставшейся в бумаге воды и получения сухого бумажного полотна.
Тем не менее целлюлоза применяется не только в производстве бумаги и картона. Ученые Пермского Политеха рассказали, где еще можно встретить это вещество и какую роль оно играет в составе.
Лекарства
«В фармацевтике для изготовления таблеток используется порошковая микрокристаллическая целлюлоза — добавка Е460. Она широко применяется в медицине и фармацевтике в качестве вспомогательного вещества для жидких, сыпучих и таблетированных форм лекарств, а также для суспензий, мазей, кремов и зубных паст. В стоматологии она входит в состав адгезивных (скрепляющих) материалов. Многие оболочки для капсул также делают из целлюлозы», — рассказывает Ольга Носкова, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» ПНИПУ.
Применение микрокристаллической целлюлозы способствует повышению прочности, гладкости, стабильности и однородности таблеток. Эти препараты лучше растворяются и быстрее усваиваются организмом. Микроцеллюлоза позволяет контролировать постепенное высвобождение активного вещества на протяжении длительного времени. При этом сама она не переваривается и не усваивается организмом, а потому не наносит вреда.
Продукты
Добавка Е460 активно используется и в пищевой промышленности. Целлюлоза выступает как стабилизатор (вещество-текстуратор), а также эмульгатор, препятствующий слеживанию и комкованию продуктов питания. Ее добавляют в хлебобулочные и кондитерские изделия, рыбные консервы, майонез и другие соусы, молочные продукты. При изготовлении колбасных изделий, мясных консервов вещество повышает их стойкость. В составе изделия (например, колбасы) производители должны указывать наличие порошковой микрокристаллической целлюлозы. Вред ни колбасе, ни организму человека она не наносит.
«Используют добавку, прежде всего, как инертный наполнитель, уменьшающий калорийность хлебобулочных и кондитерских изделий. Вкусовые и другие потребительские качества готовых продуктов питания при этом не ухудшаются, но замедляется их очерствение», — отмечает Ольга Носкова.
Часто добавку Е460 можно встретить в продуктах «для похудения». Дело в том, что, попадая в желудочно-кишечный тракт, микроцеллюлоза разбухает. Наш мозг получает сигнал о поступлении пищи, которой на самом деле меньше, чем ему кажется. Волокна МКЦ не содержат калорий и не влияют на общий рацион. Благодаря им человек чувствует себя сытым даже при небольшом количестве пищи. Но для достижения такого эффекта необязательно прибегать к специальным таблеткам или порошкам с микроцеллюлозой. Достаточно добавлять к каждому приему пищи фрукты или овощи — источники клетчатки.
Высокое содержание пищевых волокон в целлюлозе оказывает положительное влияние на микрофлору ЖКТ и общее состояние здоровья. Она снижает симптомы раздраженного кишечника, очищает его и стимулирует перистальтику, нормализует уровень холестерина, укрепляет иммунную систему и повышает защитные функции организма, помогает при отравлениях и интоксикациях.
«Целлюлоза — это клетчатка. Она не усваивается в пищевом тракте человека, но частично перерабатывается микрофлорой прямой кишки. Вещество структурирует пищу и нормализует деятельность желудочно-кишечного тракта», — добавляет Ольга Носкова.
Микроцеллюлоза в пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности вреда организму не наносит. Она является очень хорошим сорбентом (собирает в кишечнике вредные вещества), потому что она не выводит из организма полезные микроэлементы — железо, кальций, магний. Установлена суточная норма потребления МКЦ — не более 25 г.
Банкноты и шины
«Хлопок — самое богатое целлюлозой сырье. В нем ее содержится до 99%, при этом из этого растения материал высокого сорта получить очень легко. Хлопковая целлюлоза используется главным образом для химической переработки с получением высокопрочной кордной нити, которую применяют для армирования автомобильных и авиационных шин, а также для получения износостойких банкнотных видов бумаги (деньги, ценные бумаги). В качестве сырья для получения целлюлозы во многих странах используют лен, коноплю, тростник, камыш, стебли злаковых растений. Такая практика характерна для безлесных регионов», — объясняет Фирдавес Хакимова.
Порох
«Еще одно распространенное применение целлюлозы из хлопка — порох. Для этого сырье сначала нитруют (то есть в молекулу целлюлозы вводят группу NO2) и получают нитрат целлюлозы. Затем в вещество добавляют пластификаторы — вещества, повышающие эластичность и пластичность материала при его переработке. После прессования это химическое соединение превращается в порох — вещество, способное выделять тепло и гореть с выделением газообразных продуктов. Все пороха для артиллерийского и стрелкового вооружения делают на основе целлюлозы», — рассказывает Сергей Котельников, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» ПНИПУ.
Одежда
Рубашки, носки, платья, постельное белье и многие другие текстильные изделия производят не только из синтетики, хлопка и льна. Вискоза — это искусственный материал, который производят из натурального сырья — целлюлозы.
«Для получения вискозных волокон требуется растворимая целлюлоза. Ее подвергают обработке химикатами, чтобы изменить свойства и получить эфиры целлюлозы. Затем их растворяют, а полученную массу пропускают через сита с круглыми или щелевыми отверстиями (фильеры). Так получают нити или пленки. Первые используют для производства ткани, а вторые — пищевой упаковки», — рассказывает Фирдавес Хакимова.
Одежда из вискозы получается легкой и дышащей, приятной к телу и гипоаллергенной. В отличие от хлопка, она не так прочна, поэтому такие вещи рекомендуют стирать вручную или на бережном режиме при 30 градусах. Ткань лучше сушить в горизонтальном положении, причем вдали от солнечных лучей.
Целлофан
Целлофан — это прозрачный, тонкий и гибкий материал, который получают из целлюлозы. Он часто используется для упаковки продуктов, так как обладает хорошими барьерными свойствами, защищая содержимое от влаги и загрязнений.
«Целлюлозу обрабатывают концентрированным раствором щелочи. Затем измельченную массу смешивают с дисульфидом углерода и образовавшийся ксантогенат растворяют в разбавленном растворе едкого натра для получения вискозы — вязкого раствора. Целлофан получают благодаря специальной машине — агрегату из формовочной и отделочной частей, сушилки и приемного механизма, наматывающего готовую пленку в рулоны. Проходя по ленте, целлофан обрабатывается дополнительными веществами, например, глицерином — он повышает эластичность и прочность материала, делает его водоотталкивающим», — объясняет Ольга Носкова.
Многие путают целлофан и полиэтилен, используют эти слова в качестве синонимов. Однако это два принципиально разных полимера, второй именно синтетический. Он образуется при нагревании углеводородных соединений, которые содержатся в попутных газах нефти. Их разложением (пиролизом) добывают этилен, а его полимеризацией получают полиэтилен.
Как отличить два материала? Целлофановые продукты имеют маркировку «РАР», полиэтилен обозначают «ПЭ», «ПЭТ» и «ПЭВП». Он крепче, а целлофан быстрее рвется. Упаковка из вискозы пропускает воздух и иногда воду, а синтетический полимер воздухо- и водонепроницаем. Разлагается целлофан до 2-3 лет, а нефтепродукту для этого потребуется более 100 лет.
Биотопливо
«Из целлюлозы получают биоэтанол, который может быть использован в смесях с бензином в двигателях внутреннего сгорания. Людям давно известны методы производства этанола из крахмалсодержащего сырья (кукурузы, зерна), даже фруктов и ягод. Производственники много лет пытаются заменить более дорогие виды сырья дешевой древесиной, а еще лучше — древесными отходами, ведь это гораздо выгоднее», — рассказывает Ирина Пермякова, кандидат технических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ.
Глюкоза является строительным элементом длинных цепочек крахмала. Этанол (этиловый спирт) добывают путем ее сбраживания, обычно это делают с помощью дрожжей. Поэтому достаточно расщепить полисахарид на составные элементы, и получается готовая еда для дрожжей и биотопливо.
«Целлюлоза тоже состоит из глюкозы, только ее бета-изомера. Такие цепочки соединенных молекул прочнее, чем крахмал, и расщепляются сложнее. Помимо целлюлозы в древесине много других компонентов: гемицеллюлозы, лигнина, смолистых веществ. Далеко не все из этого сбраживается в этанол, поэтому от некоторых компонентов также нужно избавиться. Так что производство этанола из древесины более сложная, трудоемкая задача, но вполне решаемая. Помимо чистой древесины можно использовать щепу, стружку, древесный брак и отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Главное, чтобы в составе сырья была целлюлоза», — объясняет биохимик ПНИПУ.
Биоэтанол из древесного сырья может быть использован в смесях с бензином, но полный переход на чистое биотопливо или на смеси с его высоким содержанием возможен только для специально выпускаемых модифицированных двигателей. Их называются Flexible-fuel vehicle (FFV) — автомобиль с гибким выбором топлива.
У биоэтанола, как и у его смесей с бензином, конечно, есть свои достоинства по сравнению с чистым бензином. Прежде всего, это экологические преимущества, поскольку при сжигании этанола существенно сокращаются выбросы дымовых газов, частиц сажи, углекислого газа. Биотопливо получают из растительного сырья, а значит, оно является углеродно-нейтральным (в отличие от нефтепродуктов). При сжигании биоэтанола выделяется такое же количество углерода, что и поглотили растения.
Сможет ли биоэтанол составить конкуренцию бензину? Вопрос сложный, потому что сильно зависит от региона производства, страны, экономического стимулирования. Например, в странах, где цена на бензин высокая или есть компенсации от государства за производство экологичного топлива, а климат позволяет легко выращивать крахмалистое сырье, биоэтанол может быть вполне конкурентоспособен. В более холодных регионах, составляющих основную часть России, производство этанола из древесного сырья обойдется дороже бензина.
Ученые, которые работают с самым чувствительным в мире детектором темной материи LUX-ZEPLIN, рассказали о первых масштабных результатах работы этой машины. Новые данные хотя и оказались вполне ожидаемыми, но все же вселяют надежду. По мнению исследователей, люди как никогда оказались близки к обнаружению частиц этой загадочной субстанции.
Многие дети вне зависимости от когнитивных способностей обращают внимание на большее количество информации, чем нужно для решения конкретной задачи. Взрослые, как правило, связывают это с низким уровнем развития, рассеянностью, неумением отделить важное от неважного. Однако, выяснили психологи из США, такое «отсутствие фокусировки» — один из этапов формирования памяти.
Люди, употребляющие каннабис, особенно страдающие расстройствами из-за такой привычки, непропорционально чаще пропускают работу по причине болезней, травм или прогулов. В новом исследовании американские ученые привели конкретные данные о том, как употребление марихуаны либо других продуктов на основе конопли влияет на частоту неявок на рабочее место.
Когда звезда оказывается слишком близко к черной дыре, ее разрывают приливные силы — это называется «событие приливного разрушения». Теоретическое описание таких явлений впервые появилось полвека назад и с тех пор было хорошо проработано. Одна беда: кандидатов в события приливного разрушения мало, а их наблюдаемые характеристики здорово отличаются от предсказанных. Эту проблему решила новая симуляция, проведенная на австралийском суперкомпьютере.
Многие дети вне зависимости от когнитивных способностей обращают внимание на большее количество информации, чем нужно для решения конкретной задачи. Взрослые, как правило, связывают это с низким уровнем развития, рассеянностью, неумением отделить важное от неважного. Однако, выяснили психологи из США, такое «отсутствие фокусировки» — один из этапов формирования памяти.
Ученые, которые работают с самым чувствительным в мире детектором темной материи LUX-ZEPLIN, рассказали о первых масштабных результатах работы этой машины. Новые данные хотя и оказались вполне ожидаемыми, но все же вселяют надежду. По мнению исследователей, люди как никогда оказались близки к обнаружению частиц этой загадочной субстанции.
Предприятия Научного дивизиона госкорпорации «Росатом» и группа строительных компаний «Реформа» заключили договор о сотрудничестве и впервые применили для демонтажа высотных металлических конструкций — кранов-перегружателей — мобильный лазерный комплекс. МЛК, разработанный в стенах одного из институтов «Росатома», не имеет аналогов в стране.
Инсектицидные спреи и аэрозоли, с помощью которых обычно пытаются бороться с тараканами в доме, в большинстве случаев неэффективны и почти полностью бесполезны. Такой неутешительный вывод сделали американские исследователи по итогам лабораторных испытаний, в которых протестировали средства на основе пиретроидов — одной из самых распространенных групп инсектицидов.
Выглядеть хорошо на фото в выпускном альбоме оказывается важно не только потому, что по красивым снимкам позже будет приятнее вспоминать ушедшую юность. Американские ученые недавно выяснили, что наименее привлекательные люди в школьных фотоальбомах прожили меньше своих более симпатичных сверстников.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
ПонятноИз-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
ПонятноНаши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
ПонятноМы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
ПонятноМы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Комментарии