Введение. Актуальность работы обусловлена двумя факторами: необходимостью снижения объема пищевых отходов (цитрусовой кожуры) и поиском экологичных методов утилизации трудно перерабатываемых пластиков, в частности полистирола (ПС). Проблема исследования: несмотря на богатые природные ресурсы России, собственное производство лимонена отсутствует [1]. Лимонен — основной компонент эфирного масла цитрусовых — является неполярным биоразлагаемым растворителем. Гипотеза исследования: лимонен, извлеченный из отходов цитрусовой кожуры, может быть использован в качестве селективного биоразлагаемого растворителя для эффективного выделения полистирола из смешанных пластиковых отходов [2].

Цель работы: разработать доступный и воспроизводимый технологический процесс получения лимонена из цитрусовых отходов и проверить его эффективность как растворителя полистирола. Объект исследования: отходы переработки цитрусовых культур (цитрусовая кожура) и содержащиеся в них эфирные масла. Предмет исследования : процесс получения лимонена из цитрусовой кожуры и исследование его эффективности в качестве растворителя для различных видов пластиков.

Материалы и методы исследования

В качестве сырья использовалась кожура апельсинов, мандаринов и грейпфрута (отходы отдела свежевыжатых соков). Основные методы получения лимонена, апробированные в работе [3]:

1. Вываривание : Измельченная цедра кипятилась в воде с последующим охлаждением и анализом верхнего слоя.
2. Кустарная перегонка : Импровизированная установка из кастрюли, тарелок и льда.
3. Паровая дистилляция (лабораторная ): Проведена на установке с колбой, насадкой Вюрца и холодильником (рисунок 1).

Изучалось влияние степени измельчения сырья (нож/блендер) и масштабирования (кастрюля-скороварка). Качественное определение лимонена проводилось с помощью реакции с 2 % раствором перманганата калия (обесцвечивание и появление коричневой окраски). Растворяющую способность проверяли на различных типах ПС-отходов (упаковочный пенопласт, лотки из вспененного и листового полистирола), а также на смеси пластиков (ПЭТ, ПНД, ПС).

Результаты и обсуждение

1. Оценка методов получения лимонена . Начальные методы (вываривание, кустарная перегонка) показали крайне низкую эффективность — выход продукта составил менее 0,1 %, его наличие фиксировалось лишь качественными реакциями. Паровая дистилляция подтвердила свою состоятельность. Серия экспериментов позволила определить оптимальные параметры:

— Максимальная эффективность достигается при измельчении сырья блендером (разрушение клеточных стенок увеличивает выход).

— Оптимальное соотношение сырья и воды в перегонном кубе — 1:2,5. При загрузке в колбу объемом 1л количество смеси не должно превышать 0,5 л для предотвращения вспенивания и захлестывания.

— Использование сырья с минимальным содержанием белой пористой части (альбедо), например, цедра мандарина или тонко срезанная цедра апельсина, значительно повышает концентрацию лимонена в дистилляте.

— Масштабирование процесса в герметичной кастрюле (скороварке) подтвердило возможность переработки больших объемов отходов (таблица 1. Эффективность методов паровой дистилляции).

Таблица 1

Эффективность методов паровой дистилляции

Наилучший результат (выход до 4,2 %) достигнут при использовании смеси кожуры грейпфрута и мандарина, тщательно измельченных блендером (рисунок 2).

ГК «СОЮЗСНАБ» в 2025г. разработала технологию промышленного получения D‑лимонена, аналогичную рассмотренной, используя как сырье концентраты эфирных масел.

2. Растворение полистирола . Добавление 1 мл полученного лимонена к 1 г различных образцов пластика показало:

— Вспененный полистирол (пенопласт) растворился за несколько секунд с шипением и значительным уменьшением объема.

— Окрашенный вспененный полистирол растворился также быстро.

— Листовой полистирол растворялся медленнее (за час), становясь липким и мутным, и полностью перешел в гелеобразное состояние за сутки.

— В эксперименте со смесью пластиков (ПЭТ-бутылка, ПНД-крышка, ПС-лоток) лимонен избирательно растворил только частицы полистирола, не оказав видимого воздействия на другие полимеры (рисунок 3).

Рис. 3. Смесь фрагментов белого и черного вспененного полистирола, голубого полиэтилена и прозрачного полиэтилентерефталата

Результат действия лимонена на смесь пластиков: фрагменты ПЭТ и ПНД остались неизменными, в то время как полистирол перешел в раствор.

3. Уменьшение объема полистирола. Для проверки кратности уменьшения объема я взяла образцы по 2г объемом от 100 до 150 мл. На каждый из образцов (белый, желтый и оранжевый) было накапано по 2,5 мл (2г) полученного лимонена. Образцы находились в закрытых стаканах для предотвращения испарения растворителя. Наблюдения спустя час и спустя сутки: белый пенополистирол растворился практически полностью. На дне стакана наблюдался вязкий прозрачный остаток (раствор полистирола в лимонене). Визуально нерастворенных фрагментов не обнаружено. Желтый и оранжевый пенополистирол также значительно уменьшился в объеме, но процесс растворения шел медленнее. Образец потерял первоначальную форму, стал гелеобразным. Вспененный полистирол при растворении лимоненом уменьшается в объеме в 7–12 раз, что позволит сокращать транспортные затраты при перемещении отходов полистирола на переработку при растворении отходов лимоненом (рисунок 4).

Рис. 4. Сравнение результата: через час и через сутки

Образцы сохранили цвет, при выемке из стаканов имели пластичность, после высушивания в вентиляционном шкафу становились твердыми, держали форму.

Выводы

1. Подтверждена возможность получения лимонена из цитрусовых отходов в лабораторных условиях. Наиболее эффективным и воспроизводимым методом является паровая дистилляция предварительно измельченного сырья.
2. Оптимизированы параметры процесса: соотношение сырья и воды, степень загрузки колбы, способ подготовки сырья. Достигнут выход лимонена до 4,2 % от массы сухой кожуры.
3. Экспериментально доказано, что лимонен, полученный из вторичного сырья, является высокоэффективным селективным растворителем для всех испытанных видов полистирола. Он позволяет отделять ПС от других распространенных пластиков, значительно уменьшая его объем.
4. Предложенная технология имеет практическую значимость: она позволяет решить две экологические задачи одновременно — утилизировать пищевые отходы (цитрусовую кожуру) и подготовить трудно перерабатываемые отходы полистирола к рециклингу, минимизируя затраты на их транспортировку за счет первичного растворения.

Литература:

1. Эфиромасличная отрасль в СССР и России: история упадка (06.10.2025) // Aromashka. URL: https://www.aromashka.ru/otrasl-kotoruyu-my-poteryali
2. Растворение полистирола в эфирных маслах (стр.3–5). // Богданов Н. А., Ложкина А. В. Юный ученый. Международный научный журнал № 10.1 (95.1) / 2025г.
3. ГК «СОЮЗСНАБ» разработала технологию промышленного получения D‑лимонена (04.02.2026) URL: https://sdelanounas.ru/blogs/173820/