SELLYULOZA SANOATI IKKILAMCHI MAHSULOTI LIGNIN ASOSIDA POLIMETILENLIGNIN SULFOKISLOTA SINTEZI

SCHOLAR ISSN: 2181-4147 VOLUME 3 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/openscholar Multidisciplinary Scientific Journal December, 2025 175 DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.17946154 SELLYULOZA SANOATI IKKILAMCHI MAHSULOTI LIGNIN ASOSIDA POLIMETILENLIGNIN SULFOKISLOTA SINTEZI Mamura Kasimovna Abdumavlyanova1, Asror Hasanovich Mardonov1,2, Bobir Shomurodovich Primov1 1Toshkent kimyo-texnologiya instituti, 2O‘zR FA akad. S.Yu. Yunusov nomidagi O‘simlik moddalar kimyosi instituti [email protected], [email protected], [email protected] ANNOTATSIYA Tadqiqot maqsadi – sellyuloza sanoati ikkilamchi mahsuloti “lignin” asosida polimetilenlignin sulfokislota sintez qilish va fizik-kimyoviy xossalarini aniqlash, ikkilamchi mahsulotlardan samarali foydalangan holda qurilish va ishlab chiqarish sanoat korxonalarida ishlatiladigan import superplastifikator va kationitlar sifatida foydalanish. Lignindan polimetilenlignin sulfokislota sintezi jarayoni sharoitlari o‘rganildi. Olingan yangi superplastifikator(SP) va kationitning(LA-1) tuzilishi IQspektroskopiya va SEM(skanerlovchi elektron mikroskop) usullari yordamida o‘rganildi. Kationitning TGA/DTA termal tahlili o‘tkazildi. Superplastifikatorni beton aralashmalariga ta’siri o‘rganildi. Kationitlarning eksplutatsion xosslari aniqlandi. Kationitlarning muhim ekspluatatsion xossasi COE(statik almashinish sig‘imi) va DOE(dinamik almashinish sig‘imi) aniqlandi. COE = 4,6 mg-ekv/g, DOE = 475-490 mol/m3. 0,8% superplastifikator qo‘shilganda beton aralashmalari mustaxkamligini 84,39 % ga oshirishi aniqlandi. SCHOLAR ISSN: 2181-4147 VOLUME 3 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/openscholar Multidisciplinary Scientific Journal December, 2025 176 Kalit so‘zlar: sellyuloza sanoati ikkilamchi mahsuloti, lignin, polikondensatsiya, sulfolash, polimetilenlignin sulfokislota, superplastifikator, sulfokationit, termik va kimyoviy barqarorlik, almashinish sig‘imi. ANNOTATION The aim of the study is to synthesize polymethylene-lignin sulfonic acid based on “lignin,” a secondary product of the pulp and paper industry, and to determine its physicochemical properties. The research also focuses on the efficient utilization of industrial by-products for the production of superplasticizers and cation exchangers that can replace imported additives used in construction and manufacturing industries.The synthesis conditions of polymethylene-lignin sulfonic acid from lignin were investigated. The structures of the newly obtained superplasticizer (SP) and cation exchanger (LA-1) were examined using IR spectroscopy and SEM (scanning electron microscopy). TGA/DTA thermal analysis of the cation exchanger was conducted. The effect of the synthesized superplasticizer on concrete mixtures was evaluated. The operational properties of the cation exchangers were determined. The key performance parameters of the cation exchangers, COE (static exchange capacity) and DOE (dynamic exchange capacity), were measured.The results showed that COE = 4.6 mg-eq/g and DOE = 475–490 mol/m³. It was found that the addition of 0.8% superplasticizer increased the strength of concrete mixtures by 84.39%. Key words: secondary product of the pulp and paper industry, lignin, polycondensation, sulfanation, polymethylene-lignin sulfonic acid, superplasticizer, sulfocationite, thermal and chemical stability, ion-exchange capacity. KIRISH: Hozirgi vaqtda qurilish sanoati juda tez sur’atlar bilan rivojlanib bormoqda. Qurilish sanoatida xomashyo va energiya resurslaridan oqilona va samarali foydalanishga qoʻyiladigan talablar ham mos ravishda o‘zgarib, biton aralashmalarining mustahkamligi, ishonchliligi va chidamliligi yuqori bo‘lgan yig‘ma, SCHOLAR ISSN: 2181-4147 VOLUME 3 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/openscholar Multidisciplinary Scientific Journal December, 2025 177 monolit beton va temir-beton konstruktsiyalarni ishlab chiqarish muammosini samarali hal qilish uchun maxsus kimyoviy qo‘shimchalardan keng foydalanishni talab qiladi[1]. Sellyuloza sanoatida ligninning ko‘p miqdorda hosil bo‘lishi tufayli undan foydalanishning muhim yo‘nalishlaridan biri beton aralashmalari uchun plastifikatorlar ishlab chiqarish hisoblanadi. Beton materiallari mustahkamligini kamaytirmasdan oquvchanligini oshirishda superplastifikatorlar - polimer qo‘shimchalar keng qo‘llaniladi. Kimyoviy plastifikatorlar tarkibi jihatidan lignin sulfokislotasining formaldegid kondensati, melamin formaldegid kondensati, lignosulfonatlarning modifikatsiyasidan olingan maxsulotlardan iborat [2,3]. ADABIYOTLAR TAHLILI VA METODOLOGIYA Hozirgi kunda dunyo bo‘yicha yiliga 1,25 mln tonnadan ortiq superplastifikatorlar ishlab chiqarilmoqda. Bu ko‘rsatgich yildan-yilga ortib borayapti. Bir qancha C-3, SMF, Dofen DF, Kratasol, Superplast, Polyplast, Ferrokrit, Vilakom, Rheobuild 2000 (Rossiya); Agiplast (Rhona, Fransiya); Cormix (Rhodia, BuyukBritaniya); Chriso fluid (Chriso Industries, AQSh) kabi superplastifikatorlarning asosiy tarkibi polimetilenlignin sulfokislotasi, Sodium Lignosulphonate Construction Grade, Sodium Ligninsulfonate (Bailin Group), CL-SLS Sodium Lignosulfonate, Sodium Lignosulfonate (Antnovo Group), Calcium Lignosulfonate superplasticizer, Лигносульфонат / Sodium lignosulfonate (Glotr, Stroyka) kabi superplastifikatorlarning asosiy tarkibi polimetilenlignin sulfokislotasi asosida ishlab chiqariladi [4-6]. Kimyo sanoatni esa sintetik ionitlarsiz ta’savvur qilib bo‘lmaydi chunki, ionitlar turli sohalarda ishlatiladi: tozalangan yoki tuzsizlantirilgan suv olishda, gidrometallurgiya sanoatida rangli va qimmatbaho metallarni ajratishda, oqova suvlardan toksik va og‘ir metallarni ajratish uchun ishlatilib kelinmoqda [7-10]. Bundan tashqari so‘ngi yillarda radiaktiv elementlarni o‘z ichiga olgan suvlarni ionitlar yordamida tozalash yoki radiaktiv izotoplarni ajratib olishda qo‘llanilmoqda. Shuni SCHOLAR ISSN: 2181-4147 VOLUME 3 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/openscholar Multidisciplinary Scientific Journal December, 2025 178 takidlash kerakki, stirol va divinilbenzol sopolimerlari asosida olingan ionitlar radiaktiv chiqindi suvlarni tozalashda qo‘llanilmaydi. Chunki, bu ionitlar radiaktiv nurlar ta’siriga barqaror emas. Shuning uchun agressiv va radiaktiv nurlar ta’sirlarga chidamli yangi ionitlarni sintez qilish dolzarb muammolardan biri hisoblanadi[11-14]. Ikkilamchi mahsulotlardan foydalanib import superplastifikator o‘rnini bosuvchi mahsulot polimetilenlignin sulfonat natriy olish sharoitlari va uni beton aralashmalari mustahkamligiga ta’sirini o‘rganish. Polimetilenlignin sulfokislotani esa sulfokationit sifatidagi xossalarini o‘rganish muhim axamiyatga ega. Tadqiqot usullari Xom-ashyo sifatida tarkibida sellyuloza mavjud gugurt sanoati tolali chiqindilaridan sellyuloza ajratib olish jarayonida hosil bo‘ladigan gidroliz suyuqligidan kislotali usulda cho‘ktirib olingan lignin qo‘llanildi. Ligninni sulfolash uchun laboratoriya ustanovkasi va polikondensatsiyalash uchun germetik bosim ostida ishlaydigan uskunadan foydalanildi. Olingan natijalarni tadqiq qilish uchun fizik-kimyoviy analiz usullardan foydalanildi. Superplastifikator qo‘llanilgan beton aralashmalari mustahkamligi GOST 10180-2012 usuli bo‘yicha Gidravlik pres (№МИГ.1000.06 РУ) pribori orqali aniqlandi. Namunalarning IQ-spektorilari IRTracer-100 spektrometrida 400 - 4000 sm-1 oraliq sohali olmosli/ZnSe MIRacle 10 prizma bilan foydalanib o‘lchandi. Skanerlovchi elektron mikroskop(SEM) EVO MA-10 skanerlash elektron mikroskopida (Carl Zeiss, Germaniya) energiya dispersiyali rentgen (EDX) mikroanalizi (Oxford Instruments, Buyuk Britaniya) uchun mikroanalitik tizim bilan jihozlangan. Kationitlarning termogravimetrik(TGA) va differentsial termik analizi(DTA) TG 209 F1 termogravimetrik analizatorida o‘rganildi. SCHOLAR ISSN: 2181-4147 VOLUME 3 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/openscholar Multidisciplinary Scientific Journal December, 2025 179 Sulfokationitni sinovga tayyorlash, solishtirma massasi, solishtirma hajmi, namligi, COE va DOE larini aniqlash GOST talablariga muofiq aniqlandi. OLINGAN NATIJALAR VA ULARNING MUHOKAMASI. Polimetilenlignin sulfokislotani sintez qilish uchun dastlabki homashyo sifatida tarkibida sellyuloza mavjud gugurt sanoati tolali chiqindilaridan sellyuloza ajratib olish jarayonida hosil bo‘ladigan gidroliz suyuqligidan kislotali usulda cho‘ktirib olingan lignindan foydalanildi. Superplastifikatorni sintezlash uchun quyidagi jarayonlar amalga oshiriladi: Tarkibida sellyuloza mavjud gugurt sanoati tolali chiqindilaridan sellyuloza ajratib olish jarayonida hosil bo‘ladigan gidroliz suyuqligini 60-800C da 2 soat konsentrlangan sulfat kislota bilan neytrallab lignin ajratib olindi va tozalandi. Olingan lignin 160-1650C da 6 soat konsentrlangan sulfat kislota yordamida (mol nisbat 1:1,08) sulfirlandi, natijada to‘q qora rangli sulfomassa olindi[20]. Sulfomassa bosim ostida ishlaydigan idishga solinib distillangan suv bilan suyultirildi va 38% li formalin bilan (dastlabki lignin va formaldegid mol nisbati 1;0,7) harorat 110-1200C da polikondensatlandi. Polimetilenlignin sulfokislota oligomeri kaustik soda yordamida kuchsiz ishqoriy muhitgacha (pH=8) neytrallandi. Olingan superplastifikatorning beton aralashmalarga ta’sirini o‘rganish uchun quyidagi 5 ta tarkibli beton qorishma tayyorlandi (1-jadval). 1-qorishma etalon uchun, 2-qorishma 0,4% superplastifikator, 3-qorishma 0,6% superplastifikator, 4-qorishma 0,8% superplastifikator, 5-qorishmaga 1% superplastifikator sement miqdoriga nisbatan qo‘shilgan holda sinaldi. Sinovda beton qorishmasining konus cho‘kmasini П4 ya’ni 18 sm da ushlagan holda suv sarfini kamaytirish va mustahkamligini oshirish natijalari o‘rganildi. SCHOLAR ISSN: 2181-4147 VOLUME 3 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/openscholar Multidisciplinary Scientific Journal December, 2025 180 1-jadval. Beton qorishmalarining tarkibi № Sement (gr) Qum (gr) Chaqiq tosh (gr) Suv (gr) SP sementga nisbatan(%) Konus cho‘kmasi (sm) 1. 2660 8750 3990 1115 - 18 2. 2660 8750 3990 935 0,4 18 3. 2660 8750 3990 845 0,6 18 4. 2660 8750 3990 725 0,8 18 5 2660 8750 3990 669 1 18 Etalon uchun olingan beton qorishmasining konus cho‘kmasi 18 sm pasayishi uchun sarflangan suv miqdoriga nisbatan 0,4% SP qo‘shilganda 16,2% ga, 0,6% SP qo‘shilganda 25% ga, 0,8% qo‘shilganda 35% ga, 1% qo‘shilganda 40% gacha kamaytirdi. Yuqorida o‘tkazilgan sinovlar natijasida olingan beton qorishmalari 10x10x10 sm o‘lchamdagi qoliplarga quyildi. Olingan namunalar 28 kundan so‘ng mustahkamligi GOST 10180-2012 usuli bo‘yicha Gidravlik pres (№МИГ.1000.06 РУ) pribori orqali aniqlandi [15]. (2-jadval). 2-jadval ГОСТ 10180-2012 bo‘yicha 28 kunlik namunalarning mustahkamligi Namuna raqami Maksimal kuch, Рмах, кН Siqilish kuchi, Rсж, Мпа Siqilish moduli, Ec, Мпа 1(Etalon) 204.466 20.447 328.483 2(SP-0,4%) 249.896 24.990 355.144 3(SP-0,6%) 332.700 33.270 396.561 4(SP-0,8%) 377.022 37.702 376.516 5(SP-1 %) 274.206 27.421 533.264 SCHOLAR ISSN: 2181-4147 VOLUME 3 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/openscholar Multidisciplinary Scientific Journal December, 2025 181 Olingan natijalar shuni ko‘rsatadiki, sellyuloza sanoati ikkilamchi mahsuloti asosida olingan superplastifikator beton qorishmalarining 28 kundan keying mustahkamligini etalonga nisbatan 0,4% qo‘shilganda 22,2% ga, 0,6% qo‘shilganda 62,7% ga, 0,8% qo‘shilganda 84,39 % ga, 1 % qo‘shilganda 34,4 % ga oshirishi aniqlandi. Olingan natijalardan xulosa qilib eng optimal tarkib sifatida beton qorishma tarkibiga 0.8% SP qo‘shilgan holat deb topildi. Sintez qilingan superplastifikatorning IQspektri olindi va tahlil qilindi (1-rasm). 1-rasm. Polimetilenlignin sulfonat natriyning IQ-spektri Yuqoridagi IQ-spektrning tahlili shuni ko‘rsatadiki,. 3428,5 sm-1 soxada –OH guruhining valent tebranishi, 3069,74 sm-1 soxada aromatik yadrodagi C-H bog‘ining valent tebranishi, 2924,59 sm-1 soxada –CH2guruhining assimetrik valent tebranishi, 1117,76 sm-1 soxada -SO3Na guruhning valent tebranishini ko‘rishimiz mumkin[16,17]. Sulfokationitni sintezlash uchun quyidagi jarayonlar amalga oshiriladi: Ajratib olingan lignin 160-1650C da 8-10 soat konsentrlangan sulfat kislota yordamida (mol nisbat 1:2,5) sulfirlandi, natijada to‘q qora rangli sulfomassa olindi. Sulfomassa bosim ostida ishlaydigan idishga solinib, 38% li formalin bilan(dastlabki lignin va formaldegid mol nisbati 1;2) xarorat 110-1200C, bosim 2040ATM da polikondensatlandi. SCHOLAR ISSN: 2181-4147 VOLUME 3 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/openscholar Multidisciplinary Scientific Journal December, 2025 182 Suvda erimaydigan qattiq polikondensat mexanik maydalanib polikondensatsiyani oxiriga yetkazish uchun 12 soat 90-950C da qizdirildi. Olingan mahsulotlar tuzilishi IQ-spektroskopiya yordamida tasdiqlandi. 2-rasm. Sulfoligninning IQ-spektri IQ-spektrda 3061,54 sm-1 soxada aromatik yadrodagi C-H bog‘ining valent tebranishi, 1106,18 sm-1 soxada -SO3H guruhning valent tebranishi kuzatilgan. Olingan IQ-spektrokopiya ma’lumotlaridan shunday xulosa qilish mumkinki, reaksiya davomida guruhlarning kirib kelishi shu guruhlarga xos valent va deformatsion tebranish hosil qilganini ko‘rishimiz mumkin. Sintez qilingan sulfokationitning morfologiyasi va sirt tuzilishi va element tarkibini aniqlashda SEM (skanerlovchi elektron mikroskopi) yordamida aniqlandi. 3-rasm. Sulfokationitning sirt tuzilishi va element tarkibi SCHOLAR ISSN: 2181-4147 VOLUME 3 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/openscholar Multidisciplinary Scientific Journal December, 2025 183 Sulfokationitining sirt SEM tahlilining natijalari shuni ko‘rsatadiki, sulfokationit tarkibida mezog‘ovaklarning mavjudligini ko‘rish mumkin. Sulfokationitning element taxlili uning tarkibida 69,9% C, 21,2% O va 10,9% S borligi aniqlandi. Sulfokationitning termik barqarorligi termogravimetrik usul bilan o‘rganildi. 4-rasm. Sulfokationitning TG - termogravimetrik egri; DTA - differentsial termik egri chizig‘i Rasmda keltirilgan ma’lumotlar uch bosqichda vazn yo‘qotish bilan namuna tuzilishining o‘zgarishini ko‘rsatadi, birinchisi 27,01-152,070C, bu diapazonda 22,989 % gacha, ikkinchi bosqich esa 152,07-369,560C, bu oraliqda 22,065%, 369,56-900,90C gacha esa 22,554% modda massasini yo‘qotdi. Olingan sulfokationit 9000C gacha qizdirilganda umumiy 67,608% massasini yo‘qotishi aniqlandi. O‘rganilayotgan kationitlarning differentsial termik egrisi ikki endotermik tepalik va ikkita ekzotermik tepalik bilan ifodalanadi. Birinchi endotermik ta’sir 41,14 -94,520C da sodir bo‘lgan bu kationitdan gigroskopik va kristalizatsion suvning yo‘qolishi bilan izoxlanadi. Ikkinchi endotermik tepalik 6000C dan yuqori xaroratda paydo bo‘ladi, bu ionitning destruksiyasi bilan tushintirish mumkin. Ikkita ekzotermik tepaliklar 220,79-354,140C va 388,69-488,930C larda kuzatilib bu oraliqlarda kationitdagi faol furuhlar –OH, - SO2OH guruhlarining o‘zaro polikondensatlanishi natijasida suvning ajralib chiqishi