烟用二醋酸纤维丝素化学降解的可行性初探

烟用二醋酸纤维丝束化学降解的可行性初

探.

二醋酸纤维丝束是卷烟生产的重要辅料之一，每年在卷烟和滤棒的生产过程中，产生大量的废品，欧洲大约是3,-5,，全世界则是6,-8,，只是其中的烟丝部分可以重复利用，再进入生产过程，废醋纤丝束和每年人们抽吸后的大量烟蒂则弃之于大自然焚烧或掩埋，造成大量浪费，最主要是危害环境。我国约有3.2亿吸烟者，20世纪90年代后半期以来，我国的卷烟销售量大约在3200万箱至3500万箱之间，用于制成醋纤滤嘴卷烟的醋纤丝束使用量约为12万吨，将会产生大量工业垃圾污染环境，废醋纤丝束的降解尤为重要。为环保和回收再利用，国外学者做了大量研究工作。欧洲的两个滤嘴丝束生产商即R h o ne-R o n l e nc R h o d i aA G和C o w r t au l d F i l t e r-T o w联合对醋纤滤嘴的生物降解进行了研究。日本烟草公司中央研究所研究了自然条件下醋纤的降解。他们的研究反应机理为自然态的生物降解，即在自然条件下，

使多种细菌产生酶，通过酶的作用使醋纤降解成

水溶性产物。而在国内醋纤的降解尚属空白。我

们知道醋纤是由纤维素与醋酐反应而成，在碱性

溶液中容易水解。本文采用?醋纤先形成纺丝溶液，再用强碱酯解。?在丝束丙酮溶液中加入乌洛托品，使其在受热条件下引发降解。用这两种化学方法

加快醋纤的降解，寻找出化学降解的最适条件。一、实验部分

1(实验原理:我们从醋纤的制造过程可以看出，它

由纤维素和醋酐在浓H2S O4的作用下形成三醋

酸纤维，再经水解形成二醋酸纤维，它溶于丙酮，所以研究其化学降解机理可从它的制造过程入手。形成纺丝溶液后用强碱酯解机理。醋纤在丙酮中

形成纺丝溶液，时间越长，溶胀和溶解效果越好，然后再加入强碱溶液令其立即酯解，酯解后的纤

维素再用浓盐酸水解成葡萄糖，通过测葡萄糖比

旋光度，看出醋纤水解效果。加入乌洛托品的化

学降解机理。在丝束丙酮溶液中加入乌洛托品，

使其在受热条件下分解释放出N H3，用来降解醋酸纤维。

2(主要实验试剂和仪器0.625M和1.25M N a O H

溶液，4?1和2?3丙酮:水溶液(体积比)，1?1;1?3

和2?3盐酸溶液，乌洛托品，烧杯，三口烧瓶，冷凝器，搅拌器，容量瓶，数字式自动旋光仪。3 (实验步骤形成纺丝溶液后酯解。称取5g丝束八份于烧杯中，分别用4:1和2:3浓度丙酮溶液浸泡数日，杯口密封，数日后再分别加入0.625M和1. 25M N a O H溶液100m l置于三口烧瓶中，搅拌，回流，控温，反应5h后，冷却，过滤，滤液收集起来。将过滤后的丝束置于一烧杯中，分别加入1: 3和2:3浓度的盐酸溶液50m l不时地搅拌，加速其中纤维素的水解。2h后，加入蒸馏水过滤，定溶后测其比旋光度，然后换算成葡萄糖浓度，以求丝束降解程度，由于影响因素较多，采用正交实验法。加入乌

洛托品后化学降解。称取丝束2g四份，加入4:1丙酮溶液30m l，再按正交表中的顺序将5g，10 g乌洛托品加到丝束丙酮溶液中，杯口密封，静置，浸泡数日，使其充分溶胀后倒入三口烧瓶中，加入100m l蒸馏水，搅拌，回流，控温，反应5h，冷却，过滤。再向过滤后的丝束中加入不同浓度的盐酸溶液30m l，水解2h，温度控制在72?-80?，然后加入蒸馏水过滤，定溶后测其比旋光度，再换算成葡萄糖浓度，求出丝束降解程度。4(实验

过程和实验数据形成纺丝后酯解实验。由于影响水解的因素很多，如浓度、时间、光、热、电等，故采用正交实验法，选用两个位级，列表如下:表1强碱酯解实验因素位级表说明:d-天;h-、时

表2强碱酯解实验表

加入乌洛托品后化学降解实验。在上次实验的基础上，考虑几个主要影响因素，仍用两个位级的正交实验，列表如下:二、结果分析正交表2全面地反应了不同因素对反应的影响程度，从实验结果可得出如下结论:表3加入乌洛托品德化学降解试验因素位级表说明:d-天;h-、时

(1)从各因素所得产率之和可看出:采用位级2比

位级1要好，但就丙酮而言，用4:1丙酮溶液要好。(2)从两个位级不同因素的四次产率之和的差来看，极差由大到小依次是:盐酸浓度;N a O H浓度;水解时间;温度;丙酮浓度。极差值越大，表示该物质对反应的影响越大，是主要影响因素。(3)

从葡萄糖总量看:位级2的产率之和51.739比位级1产率之和31.576要高出20g*10-2以上，说明位级2的因素更能显著地加快丝束的化学水解。

(4)在此酯解反应中，由于溶液浓度不同，所以在加热时混合液沸腾的温度不同。本实验以溶液沸

腾时温度为准，因此位级1和位级2的温度没能拉开，只是粗略地表明高温有利于化学降解。表3加入乌洛托品的化学降解实验因素位级表说明:d-天;h-小时表4加入乌洛托品的化学降解实验表由正交表4可看出:

(1)位级1和位级2几次产率之和极差值由大到小依次是:盐酸浓度;乌洛托品量;水解时间。说明盐酸浓度大小决定纤维素水解成葡萄糖的含量，浓度越大，水解越彻底。(2)对于乌洛托品量，位级1产率之和17.746与位级2产率之和20.5379差异不大。(3)从水解时间看，浸泡两天的水解效果比四天好，说明在此丙酮浓度下，只需两天时间即可全部形成纺丝溶液。(4)从位级2与位级1产率之和的极差可看出:位级2比位级1高。三、结果总结本文采用了?形成纺丝溶液后用强碱酯解;?加入乌洛托品降解这两种方法，通过两次正交实验对废醋纤丝束的化学降解进行了初步探讨，从而寻找出加快丝束化学降解的最佳条件:(1)用4:1浓度丙酮溶液浸泡废醋纤丝束。(2)浸泡2-3天。(3)用乌洛托品将纺丝降解成纤维素，反应过程温和，便于控制，废液酸碱性弱，污染小，便于处理。(4)用浓盐酸可将纤维素

再进一步水解成葡萄糖。多余的酸可回收，不会污染环境。四、方法优势(1)简便经济。这两种方法降解醋酸纤维简单快捷，使用仪器均为最常规的仪器，不易损坏，可重复使用，操作过程简单。使用的药品如氢氧化钠、盐酸、丙酮、乌托洛品为最常用试剂，价格低廉，易于购买。丙酮通过加热回流全部回收，物耗很少经济适用。(2)环境污染小。当今社会生活或工业生产的垃圾正成为困扰人类社会的一大问题，全世界每年要生产超计划10亿吨的垃圾，大量的垃圾由于缺少处理系统或处理不当，产生大量有毒物质，危害人类健康。因此需要大力提倡资源的再循环，充分利用资源，增加社会与经济效益，以利社会发展。本文降解方法中所使用的药品无毒性，且丙酮、盐酸可通过加热回流全部回收，环境污染小。综上所述，此实验作为一种可行性初步探讨，将为我们今后在研究醋纤丝束废弃物的降解以保护环境或回收再利用方面，提供一个新的研究方向。后续研究者可在此基础上，展开更深入的研究，寻求更有效的降解方法进一步降低成本，为烟草行业和环保工作服务。