Рис. 2. Зависимость начальной скорости поглощения озона (1) и степени превращения озона (2) от содержания воды в образце.
Зависимости скорости поглощения и степени поглощения озона, в принципе, аналогичны. Величина скорости поглощения озона на начальном этапе озонирования может использоваться для первоначальной оценки эффективности озонирования исследуемого образца.
Роль воды в процессе обработки древесины озоном
Влияние содержания воды на процесс поглощения озона связан с хорошо известным свойством набуханием древесины в присутствии воды. Набухание объясняется адсорбцией и капиллярной конденсацией в порах стенки клеток древесины. Вода, адсорбированная стенками клеток, называется «связанной водой», a количество воды. соответствующее полному заполнению пористой системы стенок. называется «точкой насыщения волокна» (ТНВ). При содержании воды, превышающем ТНВ, водой заполняются и полости клеток. Вода. заполняющая полости, называется «свободной водой». Связанная вода отличается от свободной воды более высокой плотностью, низкой подвижностью молекул и другими физическими свойствами.
Набухание древесины в присутствии воды вызывает увеличение поверхности древесины (100-200 раз), поэтому многократно возрастает и число доступных реагенту функциональных групп. Отсюда понятно увеличение расхода озона, а также начальной скорости поглощения озона при увеличении МС, представленные на рисунках 1 и 2.
При значении МС 55%, превышающем ТНВ древесины осины (28%). наблюдается наиболее заметный эффект воздействия Оз на образец. Необходимость некоторого избытка воды относительно THB исследуемого субстрата, позволяющего достигнуть заметного эффекта воздействия озона, отмечалась во многих работах.
Процесс поглощения озона растительным субстратом включает ряд стадий. Среди них переход О3, из газовой фазы в воду, затем диффузия к поверхности субстрата через слой свободной в слой связанной воды, где осуществляются реакции реагента с реакционными группами субстрата. Тепловое движение молекул и диффузия, в результате которой происходит обмен между молекулами свободной и связанной воды, по существу, определяют скорость обсуждаемого процесса.
Кроме реакций, которые осуществляются в слое связанной воды, часть озона расходуется в объёме свободной воды на реакции с низкомолекулярными соединениями продуктами превращения субстрата. Вклад этих реакций в поглощение От возрастает с увеличением продолжительности озонирования. Значения констант скорости реакций Оз с алифатическими кислотами, известными как продукты превращения лигноцеллюлозных материалов, на несколько порядков ниже констант скоростей реакций с ароматическими структурами, поэтому их присутствие в воде оказывает на процесс поглощения озона «тормозящий» эффект.
Выводы
1. Показано, что процесс поглощения озона при содержании воды 55% характеризуется наибольшей эффективностью.
2. Вода вызывает набухание древесины, обеспечивая доступность поверхности субстрата для реагента, а также играет роль среды для транспорта реагента и продуктов окисления.