close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15960

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 08H 7/00
(2011.01)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГНОГУМИНОВЫХ КИСЛОТ
(21) Номер заявки: a 20101327
(22) 2010.09.15
(43) 2012.04.30
(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 Наталия Сергеевна; Алейникова Вера Николаевна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт природопользования Национальной академии наук Беларуси" (BY)
BY 15960 C1 2012.06.30
BY (11) 15960
(13) C1
(19)
(56) КАЧАНОВА Е.В. Известия Национальной академии наук Беларуси: Серия биологических наук. - 2005. - № 5. - Ч. 1. С. 103-105.
КАЧАНОВА Е.В. Известия Национальной академии наук Беларуси: Серия химических наук. - 2006. - № 5. - С. 61-64.
ЛИШТВАН И.И. и др. Химия в интересах устойчивого развития. - 2009. Т. 17. - № 4. - С. 401-406.
EA 6824 B1, 2006.
КОМАРОВ А.А. и др. Биологические
науки. Научные доклады высшей школы. - 1991. - № 10. - С. 14-22.
ЧУДАКОВ М.И. Промышленное использование лигнина. - М.: Лесная промышленность, 1983. - С. 141-145.
RU 2094052 C1, 1997.
(57)
Способ получения лигногуминовых кислот, включающий термолиз гидролизного лигнина в присутствии щелочи, экстракцию водорастворимых продуктов термолиза и осаждение из полученного экстракта лигногуминовых веществ раствором минеральной
кислоты, отличающийся тем, что перед термолизом лигнин обрабатывают щелочным
раствором пероксисоединения, содержащим гидроокись натрия и перекись водорода в соотношении 1:10, до достижения pH смеси не менее 12,0, в смесь добавляют гидроокись
натрия в количестве 20-30 % от сухого вещества лигнина и проводят термолиз при температуре 250-350 °С, экстракцию осуществляют 1-2 %-ным раствором перекиси водорода,
осаждение проводят до pH 2,0-2,5, затем полученный осадок обрабатывают раствором
минеральной кислоты для полного перевода в H-форму.
Изобретение относится к химической переработке древесины и может быть использовано для получения гумифицированных материалов природоохранного, сельскохозяйственного и других направлений использования.
Известен способ получения лигногуминовых кислот (ЛГК), включающий высокотемпературную обработку водной суспензии лигносодержащего сырья при избыточном давлении в присутствии окислительного агента воздуха и щелочного агента NaOH [1].
Недостатками способа являются: большая продолжительность и энергоемкость процесса, необходимость использования сложного оборудования, работающего при высоком
давлении, что небезопасно для обслуживающего персонала.
BY 15960 C1 2012.06.30
По технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу наиболее
близок способ получения ЛГК, включающий термолиз влажного гидролизного лигнина
(ГЛ) в присутствии щелочи (NaOH), экстракцию водорастворимых соединений из продуктов термолиза, осаждение ЛГК минеральной кислотой [2].
Недостатком способа является невысокий выход ЛГК на сухое вещество ГЛ.
Целью предлагаемого изобретения является разработка способа, позволяющего получать ЛГК из ГЛ с высоким выходом и безопасным процессом.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе лигнин предварительно
обрабатывают щелочным раствором пероксисоединения, затем смешивают со щелочью, а
полученную смесь подвергают термолизу при температуре 250÷350 °С. Причем обработку
лигнина щелочным раствором пероксисоединения выполняют при соотношении в нем
гидроокиси натрия и перекиси водорода 1:10 до pH материала не менее 12, а гидроокись
натрия вводят в него из расчета 20÷30% на сухое вещество. Экстракцию водорастворимых
продуктов термолиза лигнина ведут 1÷2 %-ным водным раствором перекиси водорода.
Осаждение водорастворимых продуктов термолиза проводят путем подкисления экстракта до pH 2,0-2,5. H-форму ЛГК получают обработкой минеральной кислотой полученного
осадка.
Пример 1 (прототип).
Навеску лигнина массой 10 г обрабатывают 5 мл 10 %-ного водного раствора NaOH,
дополнительно вносят 2,5 г NaOH, т.е. 25 % на сухое вещество ГЛ, и периодически перемешивают в течение 3 часов. Полученную смесь помещают в тигель, который затем устанавливают в печь с автоматической системой разогрева до 350 °С. Тигель в печи
выдерживают в течение 3 часов. Водорастворимые соединения из продуктов термолиза
лигнина экстрагируют водой. Осаждение ЛГК из экстракта осуществляют введением в него 1 н HCl доводя pH раствора до 2÷2,5. Полученный осадок переносят в колбу и заливают
0,1 н раствором HCl до полного перевода ЛГК в H-форму и снижения зольности продукта.
Результаты выделения ЛГК из ГЛ при его термолизе представлены в табл. 1 (прототип).
Пример 2 (предлагаемый способ).
Навеску лигнина массой 10 г обрабатывают щелочным раствором (NaOH) пероксисоединения (H2O2) при перемешивании в количестве 10 мл при соотношении NaOH:H2O2
в растворе 1:10, т.е. 1 г NaOH и 10 г H2O2. Обработку щелочным раствором продолжают
при периодическом перемешивании в течение 3 часов, после чего измеряют pH смеси. В
данном случае величина pH составила 12,1. В полученную смесь дополнительно вносят
2,5 г NaOH, т.е. 25 % на сухое вещество ГЛ, повторно перемешивают до однородного состояния, помещают в тигель, который затем устанавливают в печь с автоматической контролируемой системой разогрева на 350 °С. Тигель в печи выдерживают в течение 3
часов. Водорастворимые соединения из продуктов термолиза лигнина экстрагируют 2 %ным раствором H2O2. Осаждение ЛГК из экстракта осуществляют введением в него 1 н
HCl доводя pH раствора до 2÷2,5. Полученный осадок переносят в колбу и заливают 0,1 н
раствором HCl до полного перевода ЛГК в H-форму и снижения зольности продукта.
Процесс промывки ЛГК повторяют три раза. Массовая доля выхода ЛГК из ГЛ при его
термолизе представлена в табл. 1 (предлагаемый способ).
Таблица 1
Выход ЛГК, % на сухое вещество ГЛ
Способ выделения
Выход ЛГК, % на сухое вещество ГЛ
ПС/П
Прототип (П)
24,7
1,0
Предлагаемый способ (ПС)
44,3
1,79
Из данных табл. 1 следует, что выход ЛГК при использовании предлагаемого способа
(ПС) в 1,79 раза выше, чем в способе прототипе (П).
Обоснование температуры термолиза приведено в табл. 2.
2
BY 15960 C1 2012.06.30
Таблица 2
Влияние температуры термолиза ГЛ на выход ЛГК
Т, °С
200
250
300
350
400
ЛГК, % на сухое вещество
29,8
39,2
45,1
44,3
31,6
Примечание: способ получения ЛГК (предлагаемый способ) при термолизе изложен в
примере 2.
Из табл. 2 следует, что при температуре Т < 250 °С деструкция ГЛ незначительно отличается от прототипа (выход ЛГК составляет 29,8 % на сухое вещество ГЛ). При температуре термолиза Т ∼ 400 °С выход ЛГК также снижается, но в данном случае это
обусловлено карбонизацией органики ГЛ, т.е. ее деструкцией. Оптимальным диапазоном
температур термолиза ГЛ следует считать 250 ≤ Т ≤ 350 °С.
Обоснование обработки ГЛ щелочным раствором пероксисоединения представлено в
табл. 3.
Таблица 3
Выход ЛГК при обработке ГЛ щелочным (NaOH) раствором
пероксисоединения (Н2О2)
Соотношение NaOH:Н2О2
1:5
1:10
1:15
Выход ЛГК, % на сухое вещество ГЛ
30,2
44,3
43,7
Примечание: все остальные операции получения ЛГК аналогичны предлагаемому способу (пример 2).
Из табл. 3 следует, что при обработке ГЛ раствором NaOH пероксисоединения, т.е.
H2O2 при соотношении ингредиентов 1:5, выход ЛГК мал (30,2 %), что обусловлено недостаточным количеством H2O2, малым объемом раствора и неполным смачиванием ГЛ
раствором NaOH пероксисоединения, а значит, и последующей низкой термохимической
деструкцией ГЛ. При соотношении NaOH:H2O2, равном 1:15 увеличение выхода ЛГК не
наблюдается, т.е. оптимальным соотношением NaOH:H2O2 в растворе следует считать 1:10.
Обоснование pH ГЛ при его обработке щелочным раствором пероксисоединения представлено в табл. 4.
Таблица 4
Влияние pH обработки ГЛ щелочным раствором пероксисоединения
на выход ЛГК (объем раствора - 10 мл)
Соотношение NaOH:H2O2
0,5:10
1:10
1,5:10
pH ГЛ
8,7
12,1
12,6
Выход ЛГК, % на сухое вещество ГЛ
34,8
44,3
44,5
Примечание: все остальные операции получения ЛГК аналогичны предлагаемому способу (пример 2).
Из табл. 4 видно, что при обработке ГЛ щелочным раствором пероксисоединения при
соотношении ингредиентов 0,5:10, выход ЛГК сравнительно мал (34,8 %), что обусловлено недостаточной степенью набухания структуры ГЛ при низких pH системы, а значит, и
недостаточным воздействием пероксисоединения (H2O2) на структуры полисопряжений
ГЛ, которые вследствие окислительной деструкции переходят в более низкомолекулярные
формы кислотной природы. Этот процесс интенсифицируется в существенной мере при
термохимической деструкции ГЛ. При соотношении NaOH:H2O2 - 1,5:10, т.е. при pH=12,6,
выход ЛГК практически не изменяется в сравнении с pH = 12,1, т.е. минимальной величиной pH ГЛ при его обработке щелочным раствором пероксисоединения следует считать 12.
Обоснование количества гидроокиси натрия, вводимого в ГЛ, представлено в табл. 5.
3
BY 15960 C1 2012.06.30
Таблица 5
Влияние количества NaOH, вводимого в ГЛ, на выход ЛГК при его термолизе
Содержание NaOH, % на сухое вещество ГЛ
10
20
25
30
40
Выход ЛГК, % на сухое вещество ГЛ
29,4 42,1 44,3 44,8 45,1
Примечание: все остальные операции получения ЛГК аналогичны предлагаемому способу (пример 2).
Из табл. 5 следует, что при введении в ГЛ 10 % NaOH выход ЛГК сравнительно небольшой, т.е. для термохимической деструкции ГЛ это количество NaOH недостаточно.
При введении 40 % NaOH выход ЛГК практически аналогичен введению 30 % NaOH, т.е.
технологического и экономического смысла введения NaOH больше 30 % нет. Поэтому
оптимальной дозой введения NaOH в ГЛ следует считать 20÷30 % на сухое вещество ГЛ.
Обоснование использования водного раствора H2O2 для экстракции водорастворимых
продуктов термолиза ГЛ представлено в табл. 6.
Таблица 6
Изменение выхода ЛГК при экстракции водорастворимых продуктов
термолиза ГЛ водным раствором H2O2
Концентрация H2O2, %
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Выход ЛГК, % на сухое вещество ГЛ
38,6 38,7 42,9 43,6 44,3 43,9
Примечание: все остальные операции получения ЛГК аналогичны предлагаемому способу (см. пример 2).
Из табл. 6 следует, что при экстракции водорастворимых продуктов термолиза ГЛ дистиллированной водой выход ЛГК примерно на 5 % ниже, чем 1÷2 %-ным раствором H2O2,
а при концентрации H2O2 в воде более 2 %, т.е. 2,5 %, и менее 1 %, т.е. 0,5 %, наблюдается
тенденция к уменьшению выхода ЛГК. Использование водных растворов Н2О2 для экстракции ЛГК обусловлено ее способностью к окислительной деструкции продуктов термохимической деструкции ГЛ, что дополнительно увеличивает выход ЛГК.
Обработка осадка ЛГК позволяет удалить неорганические примеси и перевести ЛГК
H-форму (табл. 7).
Таблица 7
Изменение зольности ЛГК при обработке 0,1 н HCl
Кратность обработки
без обработки
1
2
3
4
Зольность, мас. %
23,7
12,4
5,2
1,3
1,2
Из табл. 7 следует, что обработка осадка раствором НС1 позволяет снизить зольность
ЛГК.
В итоге, предлагаемый способ позволяет перевести до 44 % ГЛ в форму ЛГК, которые
могут быть использованы в медицине, сельском хозяйстве, для решения задач охраны окружающей среды, промышленности, научных и др. целях.
Источники информации:
1. Патент РФ 2205166, МПК C 05F 11/00,C 05F 11/02, 2003,
2. Качанова Е.В. Термохимическая деструкция лигнина и физико-химические свойства
продуктов деструкции // Весцi НАН Беларусi. Серыя бiялагiчных навук. - № 5. - Ч. 1. С. 103-105.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
94 Кб
Теги
by15960, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа