ساخت زغال زيستي فشرده از ضايعات پوسته چوبي بادام زميني داراي زمينه فني مربوط به توليد سوخت‏هاي زيستي و استفاده از ضايعات كشاورزي ليگنوسلولزي (چوبي) مي باشد. باتوجه به كمبود چوب در ايران، نياز به راهكاري براي جبران اين كمبود امري حياتي مي باشد. يكي از مهمترين راهكارها، استفاده از پسماندهاي كشاورزي در توليد محصولات برپايه چوب است. در اين اختراع از پوسته چوبي بادام زميني براي ساخت زغال فشرده كه يكي از سوخت‏هاي پرمصرف است، استفاده گرديد. درصد تركيبات پوسته چوبي نشان داد كه ميزان مواد آلي قابل اشتعال اين ماده قابل قبول مي¬باشد (حدود 85%) كه از اين لحاظ ماده اي مناسب براي توليد زغال فشرده است. مواد فرار و دودزاي موجود در ساختار پوسته چوبي توسط فرايند كربنيزاسيون داخل كوره تحت گاز نيتروژن (يا كوره خلاء) حذف گرديد. پس از كاهش دماي مواد كربنيزه شده، مواد افزودني شامل مواد اتصال دهنده طبيعي (ليگنين، تانن، نشاسته) اضافه شد و پس از مخلوط‏سازي كامل مواد، قالب‏گيري و در فشار بالا پرس گرديد. زغال توليدي بدون بو و دود بود و همچنين قابليت اشتعال، ميزان حرارت و طول عمر قابل قبولي داشت لذا اين زغال اختراعي قابليت استفاده و توليد درصنعت را دارا مي باشد.

زمينه فني مربوط به تيمارهاي شيميايي مواد پليمري طبيعي مي¬باشد. اين اختراع دستگاهي براي اجراي فرايندهاي رنگبري و ليگنين¬زدايي خميركاغذ در فشار و دماهاي بالا، با استفاده از مواد رنگبر مايع و گاز، مي¬باشد. توسط اين دستگاه اجراي تحقيقات رنگبري تحت فشار در دانشگاه¬ها و مراكز تحقيقاتي كارخانجات، ميسر مي¬شود. اين دستگاه داراي محفظه واكنشي 1700 ميلي¬ليتر مي¬باشد كه از فولاد ضد زنگ و اسيد ساخته شده است. محفظه توسط واشر تفلني ضد حرارت و اسيد گازبندي شد. سطوح داخلي محفظه با لايه نازكي از پلي¬تترافلوئورواتيلن (PTFE) پوشش¬دهي شد. همزن مكانيكي داخلي، داراي سرعت دوران 100 و 500 دور در دقيقه، عمل اختلاط مواد شيميايي با خميركاغذ را انجام مي¬دهد. گرمكن الكتريكي، حرارت خشك را در پيرامون دستگاه فراهم مي¬سازد. براي خروج آسان محفظه، يكي از پدهاي گرمكن قابليت باز و بسته شدن دارد. محفظه خنثي¬سازي سيليكني جهت خنثي¬سازي گاز خروجي پس از اتمام واكنش، تعبيه شد. اسكلت دستگاه داراي شش پايه و سه ستون اصلي بوده كه در كمترين ابعاد تمام تجهيزات جانبي برروي آن نصب شد. در صفحه كنترل دستگاه، نمايشگر ديجيتال دما، كنترلر سيستم فازي حرارت، كليدهاي موتور و گرمكن و SSR كنترلر گرمكن قرار گرفت.

دستگاه آزمون مقاومت به شعله در پانل هاي چوبي تجهيزي جهت تعيين مقاومت به شعله در پانل هاي چوبي و استانداردسازي آنها از اين لحاظ مي باشد. اين اختراع دستگاهي براي اجراي آزمون كاملا دقيق، اصولي و استاندارد مقاومت به شعله برروي نمونه هايي با ابعاد مشخص مي باشد. توسط اين دستگاه اجراي تحقيقات آزمايشگاهي در دانشگاه ها و همچنين مراكز تحقيقاتي كارخانجات، و همچنين تعيين مقاومت به شعله و استانداردسازي محصولات چوبي مقاوم به آتش، نظير چوب-گچ و چوب-سيمان، ميسر خواهد شد. اين دستگاه داراي دو مشعل مكر (Meker burner) با قطر دهانه مشخص 30 ميلي متر بوده كه با سوخت پروپان به طور يكسان تغذيه مي شوند و شعله متمركزي را با دماي مشخص C°1000 به دو سطح نمونه مي رسانند. سيستم تعيين و كنترل دماي مشعل ها، از يك ترموكوپل حساس نوع K با قطر 5/1 ميلي متر كه با آلياژ ضد خوردگي اينكونل پوشش دهي شده، يك نمايشگر ديجيتال دما با قدرت تعيين دماي بيشينه C°1200، سيستم فازي كنترل ورودي گاز و يك گيج كنترل الكتريكي جريان گاز ورودي به مشعل ها، تشكيل شده است. شاسي دستگاه وظيفه نگهداري نمونه را در جايگاه خود و همچنين اعمال گشتاور خمشي توسط نيروي مشخص در فاصله 260 ميلي متري از تكيه گاه و فاصله 160 ميلي متري از نقطه شعله خواهد داشت.

طبق آمارهاي موجود در خلال چند دهه گذشته، جنگل هاي كشور از حدود 18 ميليون هكتار به 2/14 ميليون هكتار و سطح جنگل هاي شمال نيز از حدود 4/3 به 9/1 ميليون هكتار كاهش يافته است. اين نكته حائز اهميت است كه ايران در بين 56 كشور داراي جنگل در جهان، مقام 45 را داراست. واردات محصولات چوبي، كاشت گونه هاي سريع الرشد (زراعت چوب)، حفاظت بهتر محصولات چوبي، تقويت بخش بازيابي و خروج دام از جنگل از جمله راهكارهايي است كه براي جبران اين كمبود در كشور مي توان برشمرد. اما يكي از مهمترين راهكارهاي موجود در اين زمينه كه شايد تا به امروز به آن كمتر توجه شده است استفاده از گياهان غيرچوبي در توليد محصولاتي بر پايه الياف يا ذرات چوبي است. گياه ليف (Luffa Cylindrica) يك گياه علفي ساليانه است كه در مناطق گرمسيري رشد خوبي داشته و در آب و هواي سرد به آهستگي رشد مي كند. گياه ليف به صورت بالارونده رشد كرده و در طول يك فصل رشد، ارتفاع آن ممكن است تا 10 متر يا بيشتر نيز برسد. تا زماني كه ميوه گياه ليف سبز رنگ است قابل خوردن بوده اما هنگامي كه رنگ آن زرد شود، قسمت هاي دروني آن فيبري شده كه در اين صورت براي ساخت اسفنج و ليف استفاده مي شود، اما در اين اختراع از ميوه زرد آن به عنوان منبع فيبري براي ساخت كاغذ استفاده گرديد. اختراع حاضر توليد الياف مناسب و ساخت كاغذ از ميوه رسيده گياه ليف است. الياف توليد شده ويژگي هاي ابعادي و مقاومتي مناسبي داشت. ميوه گياه ليف مورد استفاده ازشمال ايران تهيه شد. تعيين درصد تركيبات ميوه ها نشان داد كه الياف اين ماده فيبري از ميزان سلولز بالايي برخوردار بوده (10/56%) و ميزان ليگنين آن كم (88/11%) مي باشد كه از اين لحاظ ماده اي مناسب براي توليد خميركاغذ است. ميوه ها توسط دو فرايند سودا و كرافت تبديل به خميركاغذ شدند. خميركاغذهاي كرافت عدد كاپاي كمتري داشتند. خميركاغذهاي توليد شده داراي عددكاپاي حدود 20، گرانروي ml/g1020، ml/g1050، به ترتيب براي خمير سودا و كرافت و روشني اوليه حدود 37% ايزو بودند. پس از انجام عمل پالايش خميركاغذها و رساندن درجه رواني آنها به مقدار مشخص 350 ميلي ليتر، با استفاده از ماشين ساخت كاغذ از هركدام از خميرها كاغذ توليد گرديد. مقاومت به كشش و پارگي كاغذهاي خميركاغذ سودا و كرافت به ترتيب 7/70، 0/72 Nm/g و 5/14، 0/15 mN.m2/g بودند. درنهايت با توجه به ويژگي هاي مقاومتي كاغذهاي توليد شده نتيجه گيري گرديد كه كاغذهاي اختراعي داراي ويژگي هاي مشابه و دربرخي موارد بهتر از كاغذهاي توليدي در صنعت (نظير كاغذ كرافت چوكا از پهن برگان و كاغذ سوداي پارس از الياف باگاس) بوده و قابليت استفاده و توليد درصنعت را دارا مي باشند.

با افزايش جمعيت و توسعه صنعتي، فرهنگي و اقتصادي در مقياس جهاني، كاغذ و فراورده هاي آن به عنوان يك كالاي استراتژيك، اهميت روزافزوني يافته اند. در اين راستا، كشورهايي كه از جنگل هاي تجاري وسيع و مواد اوليه چوبي مناسب و فراوان برخوردار نيستند، دو راه براي تامين مواد اوليه سلولزي در پيش رو دارند: 1- توسعه بازيافت كاغذ¬هاي باطله 2- استفاده از منابع غيرجنگلي و غيرچوبي. ازآنجايي كه منابع ليگنوسلولزي مورد استفاده براي توليد كاغذ در ايران محدود بوده و همچنين از لحاظ ابعادي و استحكامي در درجه پايين كيفي قرار دارد، نياز به استفاده از منابع نوين و مناسب ديگر در توليد كاغذ امري ضروري و با اهميت محسوب مي گردد. اختراع حاضر توليد الياف مناسب و ساخت كاغذ از بخش هاي مختلف گياه استبرق است. الياف توليد شده ويژگي هاي ابعادي و مقاومتي مناسبي داشت. شاخه هاي گياه استبرق (Calotropis procera) مورد استفاده از منطقه جيرفت كرمان تهيه شد. پس از انجام پوست كني، و جداسازي پوست از مغز چوبي مواد حاصل به طور جداگانه به قطعاتي با طول تقريبي 5/2 سانتي متر، تبديل گرديد. در مرحله بعدي چيپس هاي توليدشده توسط دو فرايند سودا و كرافت به طور جداگانه تبديل به خميركاغذ شدند. خميركاغذهاي كرافت عدد كاپاي كمتر و بازده بيشتري داشتند. نتايج حاصل از كلاسه بندي الياف نشان داد كه خميركاغذهاي توليدي از پوست داراي ميزان بالايي الياف بلند بوده (حدود 70%) و از اين لحاظ با خميركاغذ الياف بلند وارداتي قابل مقايسه بودند و الياف مغز كوتاه تر بوده و خصوصيات ابعادي، مشابه الياف پهن برگان داشتند. خميركاغذهاي توليد شده داراي عددكاپاي اوليه حدود 20، گرانروي ml/g1190، ml/g1240، ml/g950 و ml/g1015 به ترتيب براي خمير سودا و كرافت پوست و مغز و روشني اوليه حدود 36% ايزو بودند. پس از انجام عمل پالايش خميركاغذها و رساندن درجه رواني آنها به مقدار مشخص 350 ميلي ليتر، با استفاده از ماشين ساخت كاغذ از هركدام از خميرها كاغذ توليد گرديد. كاغذ هاي توليد شده از الياف پوست مقاومت هاي بالاتري داشته و به ترتيب مقاومت به كشش و پارگي كاغذهاي خميركاغذ سودا و كرافت پوست 4/78، 1/80 Nm/g و 8/22، 4/23 mN.m2/g بودند. مقاومت هاي كشش و پارگي كاغذهاي خميركاغذ سودا و كرافت مغز استبرق نيز به ترتيب 7/68، 0/69 Nm/g و 0/14، 5/14 mN.m2/g بودند. درنهايت با توجه به ويژگي هاي مقاومتي كاغذهاي توليد شده نتيجه گيري گرديد كه كاغذهاي اختراعي داراي ويژگي هاي مشابه و دربرخي موارد بهتر از كاغذهاي توليدي در صنعت (نظير كاغذ كرافت چوكا از پهن برگان و كاغذ سوداي پارس از الياف باگاس) بوده و قابليت استفاده و توليد درصنعت را دارا مي باشند.

ساخت كاغذ از الياف پوسته چوبي بادام زميني داراي زمينه فني مربوط به توليد الياف سلولزي، كاغذ و مشتقات آن مي باشد. باتوجه به كمبود چوب در ايران، نياز به راهكاري براي جبران اين كمبود امري حياتي مي باشد. يكي از مهمترين راهكارها، استفاده از پسماندهاي كشاورزي در توليد محصولات سلولزي است. در اين اختراع از پوسته چوبي بادام زميني براي ساخت كاغذ استفاده گرديد. درصد تركيبات پوسته چوبي نشان داد كه ميزان كربوهيدرات هاي ساختاري اين ماده قابل قبول مي باشد (60.9%) كه از اين لحاظ ماده اي مناسب براي توليد خميركاغذ مي باشد. پوسته چوبي توسط فرايند سودا-آنتراكينون تبديل به خميركاغذ شد. خميركاغذ حاصل داراي عددكاپاي حدود 20 بودند. پس از انجام عمل پالايش خميركاغذ و رساندن درجه رواني آن به مقدار 350 ميلي ليتر، با آب گيري خمير، كاغذ توليد گرديد. مقاومت به كشش و پارگي كاغذها به ترتيب حدود 60 Nm/g و 11.4 mN.m2/g بود. درنهايت نتيجه گيري گرديد كه كاغذ اختراعي داراي ويژگي هايي قابل قبول بوده و قابليت استفاده و توليد درصنعت را دارا مي باشند

در اين تحقيق توليد خمير كاغذ شيميايي مكانيكي (CMP)، مطابق با شرايط معمول كارخانه چوب و كاغذ مازندران انجام شد. براي توليد اين خمير كاغذ از چوب گونه هاي ممرز ، راش و غان بترتيب با نسبت 60، 20 و 20 (نسبت هاي مورد مصرف در كارخانه) ، كه توسط خرد كن كارخانه تبديل به خرده چوب شده بودند، استفاده گرديد. براي تيمار شيميايي خرده چوب ها از مايع پختي داراي 115g/I دي اكسيد گوگرد فعال و 102g/l اكسيد سديم استفاده شد. شرايط پخت شامل 20 درصد سولفيت سديم نسبت به وزن خرده چوب ، L:W=7:1 و دماي پخت 165C بود. همچنين زمان پخت (90 دقيقه) به گونه اي تنظيم گرديد كه بازده نهايي پخت، مشابه با بازده پخت كارخانه (85%) باشد. پس از تيمار شيميايي خرده چوب ها، آنها با استفاده از دفيبراتور آزمايشگاهي دفيبره شده و با استفاده از غربال داراي مش 20 دستجات جدا نشده الياف از خمير كاغذ جداسازي شد. خمير كاغذ توليدي با استفاده از روش رنگبري پر اكسيد هيدروژن - هيدروكسيد منيزيم سفيدسازي گرديد. قبل از مرحله اصلي رنگبري، خمير كاغذ با درصد خشكي 3 درصد، با استفاده از 0/5 درصد EDTA در دماي 70C و 4/5PH تا 5/5 براي 30 دقيقه كي ليت سازي شد. مايع مورد استفاده در مرحله اصلي رنگبري حاوي 3 درصد سيليكات سديم، 0/2 درصد سولفيت منيزيم و 0/1 درصد EDTA بود و ميزان پر اكسيد هيدروژن و هيدروكسيد منيزيم متغير بود. خمير كاغذ با درصد خشكي 10 درصد در دماي 70 درجه سانتيگراد، براي مدت 2 ساعت توسط مقادير متفاوتي از پر اكسيد هيدروژن در سه سطح 2، 3 و 4 درصد و هيدروكسيد منيزيم نيز در سه سطح 1/2، 1/8 و 2/4 درصد (بر مبناي وزن خشك خمير) رنگبري گرديد.

‏سطح كل جنگل هاي ايران، طبق آمار ارايه شده توسط فائو FAO) ‏) در گزارش وضعيت جنگل هاي جهان در ‏سال ٢٠٠٧ ‏، 14.2 ‏ميليون هكتار مي باشد كه در حدرد 6.8 ‏درصد از سطح كل كشور را مي پوشاند. در مجموع مساحت جنگل هاي ايران حدود 0.28 ‏درصد از جنگل هاي جهان را تشكيل مي دهد. طبق آمارهاي موجود در خلال چند دهه گذشته، جنگل هاي كشور از حدود ١٨ ‏ميليون هكتار به 14.2 ‏ميليون هكتار و سطح جنگل هاي شمال نيز از حدود 3.4 ‏به 1.9‏ميليون هكتار كاهش يافته است. اين نكته حائز اهميت است كه ايران در بين 56 ‏كشور داراي جنگل در جهان، مقام 45 ‏را داراست. باتوجه جمعيت كشور در حال حاضر، سهم هر ايراني 0.2 ‏هكتار ميباشد بديهي است كه باتوجه به سرانه جهاني جنگل يعني 0.8 ‏هكتار، اين ميزان از فقر و كمبود شديد كشور ما در اين زمينه حكايت دارد. واردات محصولات چوبي، كاشت گونه هاي سريع الرشد (زراعت چوب)، حفاظت بهتر محصولات چوبي، تقويت بخش بازيابي و خروج دام از جنگل از جمله راهكارهايي است كه براي جبران اين كمبود در كشور مي توان برشمرد. اما يكي از مهمترين راهكارهاي موجود در اين زمينه كه شايد تا به امروز به آن كمتر ترجه شده است استفاده از پساندمها و ضايعات كشاورزي در توليد محصولاتي بر پايه الياف يا ذرات چربي است. استفاده از ضايعات كشاررزي، گندم، توتون، باكاس، برنج، جو، كاه غلات و ساقه ذرت به عنوان ماده اوليه مصرفي صنايع خمير و كاغذ و صنايع ساخت كامپوزيت اين امكان را براي اين صنايع به همراه مي آورد كه بر الياف چربي بكر تكيه نداشته باشند. ضايعات كشاورزي به دلايل متعددي جايگزين مناسبي براي الياف چوبي بكر هستند. در كنار فراواني و قابليت تجديد اين منبع، ضايعات كشاورزي براي كشاورزان، صنعت و محيط زيست مفيد است. با توجه به كمبود صنابع چوبي و جنگلي در كشورمان، استفاده از ضايعات كشاورزي به عنوان جايگزين مناس براي مواد خام سلولزي براي ساخت انواع كامپوزيت ها، خمير و كاغذ راهكاري اميد بخش مي باشد در تحقيق پيشرو از ضايعات كشاورزي مزارع توتون محصول استراتژيك كاغذ كاملا رنگبري شده ساخته شده است. اين تحقيق مشتمل بر 4 مرحله مي باشد. مرحله 1: بررسي وشناخت ويژگي هاي مورفولوژيك ساقه توتون از قبيل طول فيبر قطر حفره سلولي و ضرايب كاغذسازي آن كه در اين زمينه مقاطع عرضي از ساقه توتون تهيه و رنگ آميزي گرديد. در اين مرحله ساختار ميكروسكوپي ساقه توتون بررسي شد. مرحله 2: بررسي و شناخت ساختار شيميايي ساقه توتون از قبيل آلفا سلولز لگنين خاكستر و مواد استخراجي محلول در الكل بنزن سود يك درصد آب سرد و گرم نتايج اين بخش نشان داد كه اين ماده لينگوسلولزي مناسب براي ساخت خمير كاغذ مي باشد. مرحله 3: ساخت خمير كاغذ شيميايي رنگبري نشده با استفاده از فرآيند خميرسازي شيميايي سودا و سودا آنتراكينون در اين بخش عوامل مربوط به خميرسازي از قبيل زمان خميرسازي مقدار آنتراكينون و قليايت فعال براي 24 تيمار متغير در نظر گرفته و ويژگي هاي مربوط به خمير كاغذ مانند عدد كاپا و بازده كاملا بررسي شد. مرحله 4: خمير كاغذ سودا ـ آنتراكينون با عدد كاپاي 20 براي توليد خميركاغذ شيميايي كاملا رنگبري شده انتخاب گرديد. در اين بخش از مواد شيميايي رنگبري از قبيل دي اكسيد كلر و سود سوزآور استفاده شد. همچنين براي كاهش مسائل زيست محيطي مربوط به مواد شيميايي فوق از آنزيم زاپلاناز و اسيد سولفوريك در پيش رنگبري خمير كاغذ سودا آنترا ـ كينون استفاده شد. استفاده از آنزيم زاپلاناز باعث 20 كيلوگرم كاهش دي اكسيد كلر به ازاي هر تن خمير كاغذ و 10 كيلوگرم سود سوزآور به ازاي هر تن خمير كاغذ شده و ويژگي هاي مقاومتي كاغذ رنگبري شده از قبيل درجه روشني درجه زردي ماني و ويژگي هاي مقاومتي كاغذ رنگبري شده به شكل مطلوبي بهبود و ارتقا يافت. با كسب نتايج مفيد و ارزنده اين تحقيق مي توان مشكلات كارخانه هايي مانند صنايع كاغذ پارس و صنايع كاغذسازي چوكا را حل كرده و به بالاترين بردن كيفيت محصول آنها كمك كرد. همچنين با افزايش كيفيت محصول مي توان با كالاهاي سلولزي وارداتي به رقابت پرداخته و از خروج ارز از كشور عزيزمان جلوگيري نمود. رنگبري شده به شكل مطلوبي بهبود و ارتقا يافت.