RU2249604C2 - Способ получения азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области химической переработки древесины и может быть использовано для получения азотсодержащих удобрений и сорбентов на основе лигноуглеводного сырья. Способ получения азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов, заключающийся в том, что лигнинсодержащее сырье обрабатывают аммиачным раствором пероксисоединения при интенсивном механическом измельчении при 20°С. В качестве пероксисоединения используют пероксид водорода при его содержании 0,3-0,9 г/г сырья и при содержании аммиака 0,25-1,5 г/г сырья, и процесс виброизмельчения ведут в течение 0,25-2,0 ч при частоте 2800 см^-1. Изобретение позволяет сократить расход окислителя в 4-5 раз, количество аммиака в 1,5 раза, также сокращается продолжительность процесса. 4 табл.

Description

Изобретение относится к области химической переработки древесины и может быть использовано для получения азотсодержащих удобрений и сорбентов на основе различных лигноуглеводных материалов.

Известны способы получения азотсодержащих производных лигнинов методом окислительного аммонолиза, путем обработки исходного лигнинсодержащего сырья, например лигносульфоновых кислот или гидролизного лигнина, аммиаком и кислородом в автоклавах под давлением 5-50 атм при 120-250°С [А.с. СССР №333156, А.с. СССР №635104].

Основной недостаток данных способов - это проведение процесса в жестких условиях: при повышенных температуре и давлении, что приводит к снижению выхода продуктов и усложняет технологический процесс.

Известен способ получения азотсодержащих производных на основе лигнина при действии на лигнин избытка аммиачного раствора персульфата аммония при 20°С в течение 1-5 суток [А.с. СССР №363 710]. Основными недостатками известного способа являются: длительность процесса 24-100 ч, высокий расход азотсодержащих реагентов и использование в качестве сырья только лигнина.

Из известных технических решений наиболее близким но назначению и технической сущности к заявляемому объекту является способ получения азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов путем обработки древесных опилок аммиачным раствором персульфата аммония при 20°С и интенсивном механическом измельчении в течение 0.5-3.0 ч при содержании аммиака 0.25-2.5 г/г древесины (прототип) [Патент РФ №2185394].

Основные признаки заявляемого изобретения общие с прототипом: использование в качестве лигносодержащего сырья лигноуглеводных материалов и проведение процесса при механическом измельчении реакционной массы при температуре 20°С.

Основными недостатками прототипа являются: высокий расход пероксисоединения - окислителя (1.5-7.5 г/г сырья), его дороговизна, а также сравнительно высокий расход аммиака (до 2.5 г/г сырья) и продолжительность процесса до 3.0 ч, которые устраняются в предлагаемом изобретении.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что лигносодержащее сырье в виде воздушно-сухих опилок обрабатывают аммиачным раствором пероксида водорода при 20°С при интенсивном виброизмельчении при частоте 2800 см^-1 в течение 0.25-2.0 ч при содержании пероксида водорода - 0.3-0.9 г/г сырья и содержании аммиака - 0.25-1.5 г/г сырья.

Основным отличием от прототипа, обеспечивающим получение технического результата является использование в качестве пероксисоединения (окислителя) - пероксида водорода в среде аммиака и применение более интенсивного виброизмельчения (частота 2800 см^-1), что позволяет сократить расход окислителя в 4-5 раз, количество аммиака в 1.5 раза и продолжительность процесса от 3.0 до 2.0 ч.

Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом. Навеску воздушно-сухих опилок лигноуглеводного сырья (фракция 0.4-0.75 мм) помещают в реактор вибромельницы (промышленный вибратор ИВ - 98Б, частота 2800 см^-1) с 15 стальными стержнями (10×100 мм). В реактор последовательно добавляют 25%-ный водный раствор аммиака (из расчета 0.25-1.5 г NН₃/г сырья) и 30%-ный водный раствор пероксида водорода (из расчета 0.3-0.9 г Н₂О₂/г сырья).

Затем реакционную смесь подвергают интенсивному вибрационному измельчению при 20°С в течение 0.25-2.0 ч. После этого полученную массу выгружают из мельницы и отделяют от размалывающих чел. Продукты промывают водой до рН 6-7 и сушат на воздухе до постоянной массы.

В зависимости от условий обработки получаются высокомолекулярные продукты с выходом, близким к количественному, содержащие до 6.2% органически связанного азота. Азотсодержащие продукты частично деметоксилированы и содержат до 7.8% карбоксильных групп.

Пример 1. Навеску воздушно-сухих опилок древесины сосны (фракция 0.4-0.75 мм) массой 3.0 г помещают в реактор вибромельницы (промышленный вибратор ИВ - 98Б, частота 2800 см^-1) с 15 стальными стержнями (10×100 мм). В реактор последовательно добавляют 25%-ный водный раствор аммиака (из расчета 0.25 г NH₃/г сырья) и 30%-ный водный раствор пероксида водорода (из расчета 0.3 г Н₂О₂/г сырья). Реакционную смесь подвергают интенсивному вибрационному измельчению при 20°С в течение 0.25 ч. Выход азотсодержащего продукта составляет 94.6%. Содержание связанного азота 1.2%, а содержание СООН групп - 2.9%.

Примеры 2-7 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при различной продолжительности вибрационного измельчения (табл. 1). Примеры 8-13 проведены в условиях, аналогичных примеру 4, но при различном количестве пероксида водорода (табл. 2). Примеры 14-18 проведены в условиях, аналогичных примеру 4, но при различном количестве аммиака (табл. 3).

Примеры 19-22 проведены в условиях, аналогичных примеру 4, но с использованием в качестве исходного сырья различных лигноуглеводпых материалов (табл. 4).

Таблицы

Таблица 1
Свойства азотсодержащих производных древесины сосны
Пример	Продолжительность размола, ч	Выход продукта, %	Содержание азота, %		Содержание СООH групп, %
1	0.25	96.4	1.2		2.9
2	0.5	95.2	1.9		3.5
3	0.75	94.3	2.4		4.2
4	1.0	93.8	3.1		4.9
5	1.25	92.5	3.3		5.8
6	1.5	92.1	3.7		6.7
7	2.0	90.6	3.9		7.2
Таблица 2
Свойства азотсодержащих производных древесины сосны
Пример	Количество пероксида водорода, г/г сырья	Выход продукта, %		Содержание азота, %	Содержание СООН групп, %
4	0.3	93.8		3.1	4.9
8	0.1	97.4		1.8	2.9
9	0.2	96.8		2.3	4.1
10	0.4	92.1		3.4	5.7
11	0.5	90.3		3.8	6.5
12	0.6	89.5		4.3	7.1
13	0.9	87.2		4.8	7.8
Таблица 3
Свойства азотсодержащих производных древесины сосны
Пример	Количество аммиака, г/г древесины	Выход продукта, %		Содержание азота, %	Содержание СООП групп, %
4	0.25	93.8		3.1	4.9
14	0.5	92.4		3.7	5.4
15	0.75	91.2		4.8	5.9
16	1.0	90.5		5.3	6.5
17	1.25	89.7		5.8	6.9
18	1.5	88.5		6.2	7.4
Таблица 4
Свойства азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов
Пример	Лигноуглеводный материал	Выход продукта, %		Содержание азота, %	Содержание СООH групп, %
4	Древесина сосны	93.8		3.1	4.9
19	Древесина осины	94.7		2.5	4.2
20	Древесина березы	96.5		1.8	3.5
21	Костра льна	89.4		4.3	7.4
22	Подсолнечная лузга	91.5		3.6	6.3

Claims (1)

1. Способ получения азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов, заключающийся в том, что лигнинсодержащее сырье обрабатывают аммиачным раствором пероксисоединения при интенсивном механическом измельчении при 20°С, отличающийся тем, что в качестве пероксисоединения используют пероксид водорода при его содержании 0,3-0,9 г/г сырья и при содержании аммиака 0,25-1,5 г/г сырья и процесс виброизмельчения ведут в течение 0,25-2,0 ч при частоте 2800 см^-1.