close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14632

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.08.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 10F 7/00 (2006.01)
G 01N 33/24 (2006.01)
C 05F 11/02 (2006.01)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФРАКЦИЙ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ
(21) Номер заявки: a 20091760
(22) 2009.12.09
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт природопользования Национальной академии наук
Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Лиштван Иван Иванович;
Капуцкий Фёдор Николаевич; Абрамец Александр Макарович; Янута
Юрий Григорьевич; Монич Галина
Степановна; Глухова Наталья Сергеевна; Алейникова Вера Николаевна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт
природопользования Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
BY 14632 C1 2011.08.30
BY (11) 14632
(13) C1
(19)
(56) BY a 20050588, 2007.
ОРЛОВ Д.С. и др. Практикум по химии
гумуса. - М.: Издательство Московского
университета, 1981. - С. 121-129.
МИЛАНОВСКИЙ Е.Ю. Почвоведение. 1984. - № 8. - С. 142-146.
АВВАКУМОВА Н.П. и др. Известия
Самарского научного центра Российской академии наук. - 2009. - Т. 11. № 1. - С. 1253-1255.
SU 1126877 A, 1984.
ЗАВАРЗИНА Ф.Г. и др. Почвоведение. - 2008. - № 12. - С. 1466-1474.
SU 1076829 A, 1984.
SU 1381392 A1, 1988.
SU 1599701 A1, 1990.
EP 313718 A2, 1989.
EP 1216976 A3, 2002.
SU 335609, 1972.
(57)
Способ получения фракций гуминовых кислот, включающий щелочной гидролиз торфяного сырья в водной среде, отделение негидролизуемого остатка, постадийное выделение фракций гуминовых кислот путем порционного введения минеральной кислоты до
величины pH, соответствующей порогу коагуляции гуминовых кислот требуемой фракции,
после установления гидролитического равновесия в растворе и обработки полученного
осадка для полного перевода в H-форму, промывку выделенных фракций гуминовых кислот, причем каждую последующую фракцию выделяют после извлечения фракции с
меньшей величиной порога коагуляции, а выделение фракций осуществляют до достижения значения pH водного раствора гидролизата, равного 4-2, отличающийся тем, что перед
выделением фракций в водный раствор гидролизата вводят неионогенное поверхностноактивное вещество на основе оксиэтилированных спиртов, в частности додециловый эфир
пентаэтиленгликоля, до концентрации его в растворе 0,001-0,003 %.
Изобретение относится к химической переработке торфа и других гумифицированных
материалов, а именно - к химической технологии гумифицированных веществ.
Известен способ получения фракций гуминовых кислот (ГК), включающий щелочной
гидролиз гуминового сырья в водной среде, отделение негидролизуемого остатка, осаждение гуминовых кислот минеральной кислотой с последующим их выделением и про-
BY 14632 C1 2011.08.30
мывкой, при этом осаждение гуминовых кислот минеральной кислотой проводят из раствора щелочного гидролизата путем порционного введения минеральной кислоты до величины pH, соответствующей порогу коагуляции гуминовых кислот требуемой фракции, а
процесс выделения осуществляют после установления гидролитического равновесия в
растворе, из которого предварительно извлекают фракцию гуминовых кислот с меньшим
значением порога коагуляции, и процесс извлечения фракций гуминовых кислот заканчивают при достижении pH, равном 1÷2 [1].
Недостатком способа является неконтролируемость процесса коагуляции фракций ГК,
сопровождающегося "захватом" ГК смежных фракций при изменении pH раствора гидролизата, что влечет загрязнение выделенных фракций ГК близкими по свойствам ГК.
По технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу наиболее
близок способ получения фракций ГК, включающий щелочной гидролиз гуминового сырья в
водной среде, отделение негидролизуемого остатка, осаждение ГК соляной кислотой, растворение свежеосажденного геля ГК раствором NaOH, прибавление к полученному раствору ацетона в соотношении 1 : 3, осаждение фракций ГК раствором HCl [2].
Недостатком способа является, во-первых, высокий расход ацетона, как стабилизатора
солевых форм (Na-ГК) и ГК в водной среде, а также большая продолжительность процесса
в целом. Одновременно, с позиций физикохимии растворов высокомолекулярных соединений, т.е. Na-ГК, как дисперсионная среда, т.е. H2O (вода), так и стабилизатор агрегативной устойчивости коллоидных фрагментов Na-ГК (ацетон) являются полярными средами,
что, с одной стороны, активирует процессы кулоновского (электростатического) отталкивания молекулярных фрагментов солевых форм ГК по одноименно заряженным центрам,
а с другой стороны, активирует взаимодействие (агрегацию) коллоидных фрагментов Na-ГК
между противоположно заряженными диполями Na-ГК, что способствует образованию
гелеобразных упорядоченных структур, а значит, и препятствует процессам фракционирования ГК в целом. В итоге процесс сопровождается осаждением из гидролизата фракций
ГК, загрязненных близкими по свойствам фракциями ГК, т.е. конечный продукт, а именно
та или другая фракция ГК, загрязнен близкими по своим свойствам фракциями ГК. Вторым недостатком прототипа является длительность процесса экстракции вследствие специфики свойств водных растворов солевых форм ГК.
Целью предлагаемого изобретения является разработка способа, позволяющего получить ГК с требуемыми коллоидно-химическими и качественными характеристиками,
меньшими трудозатратами.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе осаждение ГК минеральной кислотой проводят из раствора щелочного гидролизата, модифицированного неионогенными поверхностно-активными веществами, путем порционного введения
минеральной кислоты до величины pH, соответствующей порогу коагуляции ГК требуемой фракции, при этом процесс выделения осуществляют после установления гидролитического равновесия в растворе, из которого предварительно извлекают фракцию ГК с
меньшей величиной порога коагуляции, а процесс извлечения фракций ГК заканчивают
при достижении pH раствора, равном 4÷2. Причем в качестве стабилизатора ГК при их
осаждении минеральной кислотой используют оксиэтилированные спирты, в частности
додециловый эфир пентоэтиленгликоля.
Пример 1 (прототип).
Навеску торфа массой 10 г обрабатывают 0,05 н раствором NaOH в соотношении
торф : экстрагент 1 : 100. Обработку щелочным раствором продолжают при перемешивании в течение 3 часов, после чего гидролизат отделяют центрифугированием или фильтрованием. Обработку проводят три раза. Полученные фильтраты объединяют, вводят
ацетон в соотношении 1 : 3, порционно вводя 0,5 н HCl при постоянном перемешивании,
доводя pH раствора с 12,5 до 11, что соответствует порогу коагуляции для первой фракции ГК; pH раствора контролируют с помощью pH-метра. Раствор выдерживают при пе2
BY 14632 C1 2011.08.30
риодическом перемешивании в течение 2 часов для установления равновесия, после чего
осадок отделяют центрифугированием. Полученный осадок переносят в коническую колбу и заливают 0,1 н раствором HCl для полного перевода ГК в Н-форму и снижения зольности продукта. Процесс промывки повторяют 3 раза. После чего из полученных фракций
удаляют избыток кислоты и стабилизатора. Фугат собирают и продолжают дальнейшее
осаждение ГК, находящихся в растворе, порционным введением HCl. Массовая доля
фракций ГК представлена в табл. 1 (прототип).
Таблица 1
Массовая доля фракций ГК в диапазоне молекулярных масс,
% на сухое вещество (прототип)
Молекулярная масса, D
№ фракции
pH выделения
>15000
<3000
15000÷3000
1
78,1
15,8
6,1
12,5÷11,0
2
72,2
21,2
6,6
11,0÷10,0
3
65,6
24,5
9,9
10,0÷8,0
4
61,4
28,6
10,0
8,0÷6,0
5
38,7
42,2
19,1
6,0÷4,0
6
27,6
47,8
24,6
4,0÷2,0
Примечание: молекулярную массу фракций ГК (D) определяли методом гель-хроматографии.
Пример 2.
Навеску торфа массой 10 г обрабатывают 0,05 н раствором NaOH в соотношении торф :
экстрагент 1 : 100. Обработку щелочным раствором продолжают при перемешивании в течении 3 часов, после чего гидролизат отделяют центрифугированием или фильтрованием.
Обработку проводят три раза. Полученные фильтраты объединяют и подкисляют, порционно вводя раствор НПАВ, а затем раствором HCl при постоянном перемешивании, доводят pH раствора с 12,5 до 11,0. pH раствора контролируют с помощью pH-метра. Раствор
выдерживают при периодическом перемешивании в течение 2 часов для установления
равновесия, после чего осадок отделяют центрифугированием. Полученный осадок переносят в коническую колбу и заливают 0,1 н раствором HCl для полного перевода ГК в
H-форму и снижения зольности продукта. Процесс промывки повторяют 3 раза. После чего
из полученных фракций удаляют избыток кислоты и стабилизатора (НПАВ). Фугат собирают и продолжают дальнейшее осаждение ГК, находящихся в растворе, порционным
введением кислоты (HCl). В результате были получены фракции ГК в H-форме. Молекулярно-массовый состав полученных фракций представлен в табл. 2 (предлагаемый способ).
Таблица 2
Массовая доля фракций ГК в диапазоне молекулярных масс,
% на сухое вещество (предлагаемый способ)
Молекулярная масса, D
№ фракции
pH выделения
>15000
<3000
15000÷3000
1
12,5÷11,0
88,4
10,1
1,5
2
11,0÷10,0
86,3
12,0
1,7
3
10,0÷8,0
44,1
22,3
33,6
4
8,0÷6,0
38,2
28,0
33,8
5
6,0÷4,0
19,8
40,1
40,1
6
4,0÷2,0
14,3
43,2
42,5
Примечание: концентрация НПАВ (додециловый эфир пентаэтиленгликоля) - 0,003 % мас.
Как следует из табл. 1 и 2, введение в водный раствор гидролизата додецилового эфира
пентаэтиленгликоля в качестве стабилизатора межмолекулярного взаимодействия фрак3
BY 14632 C1 2011.08.30
ций ГК оказывает существенное воздействие на массовую долю фракций, выделяемых из
гидролизата в каждом из диапазонов pH. Наиболее существенные изменения в молекулярной структуре имеет место во фракциях, выделяемых в области кислой реакции среды
(pH < 6), т.е. для низкомолекулярных ГК, которые в большей мере подвержены иммобилизации высокомолекулярными фрагментами ГК в процессе их выделения из гидролизата.
Согласно данным табл. 2, выход ГК с молекулярной массой < 3000 D (для фракции 6) составляет 42,5 %, а аналогичная фракция для прототипа (табл. 1) содержит только 24,6 %,
что в 1,72 раза меньше, чем в предложенном способе.
Обоснование величины концентрации додецилового эфира пентаэтиленгликоля, как
протектора межмолекулярного взаимодействия, представлено в табл. 3. Для более четкого
представления итогов воздействия протектора результаты гель-хроматографических исследований представлены лишь для фракции 6.
Таблица 3
Массовая доля фракции 6 в диапазоне молекулярных масс < 3000 D,
% на сухое вещество, при разных способах фракционирования
и концентрации додецилового эфира пентаэтиленгликоля
№
Молекуфрак- лярная
Способ фракционирования
ции масса ГК
прототип
предлагаемый способ
концентрация додецилового эфира пентаэтиленгликоля, %
6
< 3000 D
24,6
0,0005
0,001
0,002
0,003
0,004
26,7
36,1
40,4
42,5
41,7
Как следует из данных табл. 3, введение в гидролизат додецилового эфира пентаэтиленгликоля в качестве протектора межмолекулярного взаимодействия ГК позволяет в
1,47÷1,72 раза увеличить выход низкомолекулярной фракции ГК. Это свидетельствует о
том, что более высокомолекулярные фракции ГК примерно во столько же раз будут менее
загрязнены гуминовыми кислотами, имеющими pH-диссоциации, близкие к выделяемой
из гидролизата фракции. При этом оптимальным диапазоном концентрации протектора
межмолекулярного взаимодействия ГК в гидролизате следует считать С = 0,001÷0,003 %.
При меньших концентрациях, т.е. при С ≤ 0,001 %, эффективность протектора незначительная, а при С ≥ 0,003 % результативность протектора не увеличивается.
В итоге, предлагаемый способ позволяет получить "чистые" фракции гуминовых кислот (без сопутствующих соединений), т.е. фракции ГК со стандартизированными свойствами, которые могут быть использованы в медицине, косметике, сельском хозяйстве,
для охраны окружающей среды, в промышленности, научных и других целях.
Источники информации:
1. Лиштван И.И. и др. Природопользование, 1996. - Вып. 1. - С. 4-6.
2. Бамбалов Н.Н., Раковский В.Е. Изменение оптической плотности гуминовых кислот
торфов в процессе гумусообразования // Вести Академии наук БССР. - № 3. - 1967. С. 129-131.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
101 Кб
Теги
патент, by14632
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа