RU2277099C1 - Способ получения водорастворимого лигнина - Google Patents
Способ получения водорастворимого лигнина Download PDFInfo
- Publication number
- RU2277099C1 RU2277099C1 RU2005103892/04A RU2005103892A RU2277099C1 RU 2277099 C1 RU2277099 C1 RU 2277099C1 RU 2005103892/04 A RU2005103892/04 A RU 2005103892/04A RU 2005103892 A RU2005103892 A RU 2005103892A RU 2277099 C1 RU2277099 C1 RU 2277099C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lignin
- water
- soluble
- alkali
- preparing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compounds Of Unknown Constitution (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений и химии древесины, а именно к получению водорастворимого лигнина, биополимера растительного происхождения полифенольной природы. Способ получения водорастворимого лигнина включает обработку лигнинсодержащего сырья раствором щелочи, получение водорастворимого лигнина декатионированием. В качестве сырья используют диоксанлигнин, полученный из лигнинсодержащего природного растительного материала. Обработку сырья щелочью проводят при комнатной температуре 15-25°С до полного растворения, водорастворимый лигнин получают настаиванием щелочного раствора лигнина с катионитом до рН=7 с последующей фильтрацией. Изобретение позволяет повысить растворимость лигнина, получать природные препараты лигнина, наиболее близкие по химической структуре и свойствам к нативному лигнину, и расширить область их применения.
Description
Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений и химии древесины, а именно к получению водорастворимого лигнина.
Лигнин относится к биополимерам растительного происхождения полифенольной природы и является одним из основных компонентов растительной ткани практически всех наземных растений. Содержание лигнина в древесине хвойных пород составляет 25-30, лиственных - 19-24, травянистых - 17-23%. Для некоторых растений содержание лигнина может достигать порядка 50%. По распространенности на Земле лигнин является вторым после целлюлозы биополимером растительного происхождения.
Лигнин является потенциальным источником биологически активных веществ с весьма разнообразным набором полезных свойств и может быть использован в медицине, ветеринарии, растениеводстве, косметологии (Опыт доклинического исследования на примере Олипифата /Под ред. В.А.Филова, А.М.Берковича. - СПб: НИКА, 2002. - 288 с.). Однако практическое применение лигнина в настоящее время весьма ограничено. Известны предложения по использованию технических лигнинов для получения удобрений, наполнителей кож и пластических масс, загустителей буровых растворов и некоторые другие. Наибольшее распространение получил лишь медицинский лигнин, или препарат "Полифепан" (Polyphepanum) - неспецифический энтеросорбент (per. №80/1211/3), который применяется при острых и хронических заболеваниях желудочно-кишечного тракта и экзогенных отравлениях. Ограниченное использование лигнина связано и с тем, что все известные препараты лигнины независимо от способа их получения: солянокислотный, сернокислотный, гидролизный (технический), медноаммиачный, спиртовые, щелочной, азотнокислотный, периодатный, биолигнин, диоксановый, феноллигнин, лигнин механического размола - в воде практически не растворимы (Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1962. - 710 с.). Получение водорастворимых форм лигнинов, особенно природных лигнинов, позволит резко расширить области практического применения этого уникального растительного биополимера и разработать на его основе новые перспективные к внедрению препараты, а также проводить фундаментальные научные исследования по изучению строения и свойств лигнинов.
Известен способ получения водорастворимого лигнина (Авт. св. СССР 186468, прототип), заключающийся в том, что сульфатный лигнин, выделенный путем насыщения черного щелока углекислым газом и обессмоленный с помощью соляной кислоты, растворяют в водной щелочи при 80-100°С и выдерживают при этой температуре не менее 20-30 мин, затем разбавляют водой до концентрации 0,1-3,0% (по лигнину), фильтруют, пропускают через колонку с катионитом для удаления золы и катионов, а также для гидратации лигнинов и получают водный раствор лигнина с рН 3,0-3,5. Добавив щелочь, можно довести рН раствора до 5,5-6,0.
К недостаткам прототипа следует отнести то, что в качестве исходного сырья используют сульфатный лигнин - отход сульфатного производства целлюлозы, относящийся к сильноизмененным техническим лигнинам, получаемый путем химических трансформаций лигноцеллюлозного сырья в жестких агрессивных условиях при повышенном давлении, высоких температурах, что требует специального технологического оборудования и больших энергозатрат. Поэтому сульфатный лигнин по химической структуре и свойствам отличается от нативного лигнина. Получаемый раствор лигнина имеет значение рН 3,0-3,5 или при добавлении щелочи - 5,5-6,0. Таким образом, растворы лигнина имеют кислую или слабокислую, а не нейтральную реакцию, что ограничивает области их практического применения. Обработку щелочью ведут при повышенной температуре 80-100°С. Для получения гидратированной (водорастворимой) формы лигнина используют метод пропускания щелочного раствора через колонку с катионитом, что создает ряд сложностей, связанных с регулированием протекания обменной реакции. Скорость пропускания раствора лигнина через колонку будет зависеть от особенностей предварительной подготовки колонки: плотности набивки, толщины и высоты слоя катионита, диаметра колонки. Водорастворимость полученных препаратов не указывается. В работе (Ярополов Н.С., Тищенко Д.В. О получении и свойствах чисто водных растворов выделенных лигнинов. //Докл. Советско-финского симпозиума. - Л.: Изд-во ЛТА, 1968) авторы, ссылаясь на свою работу - Авт. свид. 186468, принятую нами за прототип, отмечают, что по указанному способу водонерастворимые лигнины полностью не могут быть переведены в водные растворы. Это объяснимо высокой зольностью технических лигнинов, от которой полностью избавиться невозможно.
Задачей изобретения является разработка нового экономически выгодного способа получения природного препарата лигнина, полностью растворимого в воде.
Технический результат состоит в том, что способ позволяет повысить растворимость лигнина, получать природные препараты лигнина, наиболее близкие по химической структуре и свойствам к нативному лигнину, и расширить область их применения.
Полученные заявляемым способом водорастворимые лигнины могут быть использованы в качестве антиоксидантов. Характерной чертой макромолекул лигнинов как антиоксидантов является наличие стабильных феноксильных радикалов, способных тормозить или устранять свободнорадикальное окисление клеток организма, вступая в реакцию рекомбинации с продуктами превращения кислорода - свободными радикалами являющимися одной из основных причин возникновения развития патологических заболеваний, в том числе онкологических. Необходимым условием для эффективного проявления препаратом антиоксидантного действия является его водорастворимость.
Технический результат достигается тем, что в качестве сырья используют диоксанлигнин, полученный из лигнинсодержащего природного растительного материала, который обрабатывают щелочью при температуре предпочтительно 15-25°С до полного растворения, водорастворимый лигнин получают настаиванием щелочного раствора лигнина с катионитом до рН=7 с последующей фильтрацией.
Способ осуществляется следующим образом.
В качестве исходного лигнинсодержащего материала используются:
Хвойные породы древесины - лиственница Larix sibirica.
Лиственные породы древесины - рябина Sorbus aucuparia, акация Robinia pseudoacacia.
Травянистные растения - зрелые стебли (солома) овса Avena sativa L.; пшеницы Triticum sp. овсяницы луговой Festuca pratensis Huds.; амаранта Amaranthus sp..
По нашим данным содержание лигнина Комарова в среднем,%: лиственница - 31,2; рябина - 20,1; акация - 22,7; солома овсяная - 22,5; солома пшеничная - 22,0; солома овсяницы луговой - 18,9; стебли амаранта - 21,4. Содержание лигнина определяли по методу Комарова, применяемому в химии древесины в качестве стандартной методики для количественного извлечения лигнина и соединений фенольной природы (Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы /Учебное пособие для вузов. - М.: Экология, 1991. - 320 с.).
Диоксанлигнины выделяли по известной методике (Pepper J.M., Baylis P.E., Adler Е. //Canad. J. Chem., 1959. - V.37. - №8. - Р.1241-1245), согласно которой измельченные и обессмоленные опилки обрабатывают водным диоксаном в присутствии HCl при температуре кипения. Выход диоксанлигнина составляет 20-30% от содержания лигнина в исходном растительном сырье. Очистку препарата проводили двукратным переосаждением из диоксана в диэтиловый эфир. Высушивали методом лиофильной сушки.
Обессмоливание проводили экстрагированием измельченного воздушно-сухого сырья с размерами частиц 0,5-2,0 мм спиртобензольной смесью в соотношении сырье:спиртобензольная смесь = 1:2 в течение 6 часов. Затем проводили экстракцию холодной водой в течение 48 часов, после чего обрабатывали горячей водой в течение 3 часов.
Диоксанлигнин, полученный из лигнинсодержащего природного растительного материала, переводили в водорастворимую форму путем обработки раствором щелочи при комнатной температуре 15-25°С (до полного растворения) с последующим взаимодействием с избытком катионообменной смолы методом настаивания при постоянном контроле рН до достижения значения рН=7. В итоге получали препарат полностью растворимый в воде.
Для получения гидратированной (водорастворимой) формы лигнина можно использовать любой из катионитов, который обладает способностью к ионному обмену на катионы водорода. Выбор катионита не сказывается на конечной величине антиоксидантной активности водорастворимого препарата лигнина. В качестве катионитов использовали катиониты КУ-1, КУ-2, вофатит КР, вофатит KPS.
Водорастворимость препаратов определяли визуально, о чем свидетельствуют:
- прозрачность раствора;
- отсутствие хлопьев, крупных взвешенных частиц и мути.
Оценку антиоксидантной активности (АОА) проводили методом кулонометрического титрования (Абдуллин И.Ф., Чернышева Н.Н., Зиятдинова Г.К., Лапин А.А. Способ определения интегральной антиоксидантной емкости продуктов питания и напитков // Заявка на патент РФ 2003132741/13 от 10.11.2003). Метод базируется на кулонометрическом титровании химических веществ электрогенерированными соединениями брома (, Br2, Br•). Количество электричества в кулонах, затрачиваемое на 100 г продукта, рассчитывали по формуле: Q=(100I×t)/Vал, где I - сила тока; t - время достижения конечной точки титрования; Vал - объем аликвотны.
Способ поясняется примерами.
Пример 1. Навеску диоксанлигнина лиственницы массой 1 г заливают 40 мл 0,1 н щелочи NaOH при комнатной температуре 15°С и выдерживают в течение 1 часа, затем добавляют 40 мл воды и 4 г катионообменной смолы КУ-2. Процесс осуществляют методом настаивания при перемешивании на магнитной мешалке и при постоянном контроле величины рН с помощью рН-метра до достижения рН=7. При достижении рН=7 смолу отфильтровывают на бумажном фильтре «синяя лента». Получают прозрачный раствор лигнина, без осадка. Хлопья, крупные взвешенные частицы и муть отсутствуют. АОА=45,8±2,4.
Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1 при комнатной температуре 20°С, в качестве исходного сырья используют диоксанлигнин рябины. Получают прозрачный раствор лигнина, без осадка. Хлопья, крупные взвешенные частицы и муть отсутствуют. АОА=50,6±4,3.
Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1 при комнатной температуре 25°С, в качестве исходного сырья используют диоксанлигнин акации. Получают прозрачный раствор лигнина, без осадка. Хлопья, крупные взвешенные частицы и муть отсутствуют. АОА=37,0±1,5.
Пример 4. Способ осуществляют аналогично примеру 1 при комнатной температуре 18°С, в качестве исходного сырья используют диоксанлигнин овса. Получают прозрачный раствор лигнина, без осадка. Хлопья, крупные взвешенные частицы и муть отсутствуют. АОА=69,4±2,8.
Пример 5. Способ осуществляют аналогично примеру 1 при комнатной температуре 20°С, в качестве исходного сырья используют диоксанлигнин пшеницы. Получают прозрачный раствор лигнина, без осадка. Хлопья, крупные взвешенные частицы и муть отсутствуют. АОА=61,3±2,1.
Пример 6. Способ осуществляют аналогично примеру 1 при комнатной температуре 23°С, в качестве исходного сырья используют диоксанлигнин овсяницы луговой. Получают прозрачный раствор лигнина, без осадка. Хлопья, крупные взвешенные частицы и муть отсутствуют. АОА=41,5±2,8.
Пример 7. Способ осуществляют аналогично примеру 1 при комнатной температуре 15°С, в качестве исходного сырья используют диоксанлигнин амаранта. Получают прозрачный раствор лигнина, без осадка. Хлопья, крупные взвешенные частицы и муть отсутствуют. АОА=57,0±2,81.
Claims (1)
- Способ получения водорастворимого лигнина, включающий обработку лигнинсодержащего сырья раствором щелочи, получение водорастворимого лигнина декатионированием, отличающийся тем, что в качестве сырья используют диоксанлигнин, полученный из лигнинсодержащего природного растительного материала, обработку сырья щелочью проводят при комнатной температуре 15-25°С до полного растворения, водорастворимый лигнин получают настаиванием щелочного раствора лигнина с катионитом до рН 7 с последующей фильтрацией.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005103892/04A RU2277099C1 (ru) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Способ получения водорастворимого лигнина |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005103892/04A RU2277099C1 (ru) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Способ получения водорастворимого лигнина |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2277099C1 true RU2277099C1 (ru) | 2006-05-27 |
Family
ID=36711345
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005103892/04A RU2277099C1 (ru) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Способ получения водорастворимого лигнина |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2277099C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763427C2 (ru) * | 2016-12-23 | 2021-12-29 | Технише Универзитет Вена | Получение частиц лигнина |
-
2005
- 2005-02-14 RU RU2005103892/04A patent/RU2277099C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763427C2 (ru) * | 2016-12-23 | 2021-12-29 | Технише Универзитет Вена | Получение частиц лигнина |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4134250B1 (ja) | セルロース系物質よる単糖類並びにエタノールの製造方法 | |
Nath et al. | Biogeneration of valuable nanomaterials from agro-wastes: A comprehensive review | |
JP7220670B2 (ja) | オゾンを用いた多糖類の分解方法 | |
Moreira et al. | A new approach about the digestion of fibers by ruminants | |
CN107353352B (zh) | 一种纳米纤维素的制备方法、纳米纤维素及净水膜、净水膜的制备方法 | |
WO2012095408A1 (en) | Synthesis of artificial humic matter by hydrothermal carbonization | |
Krishnan et al. | Proton play in the formation of low molecular weight chitosan (LWCS) by hydrolyzing chitosan with a carbon based solid acid | |
Sutradhar et al. | Latest development in the fabrication and use of lignin-derived humic acid | |
Nuzzo et al. | Novel humo-pectic hydrogels for controlled release of agroproducts | |
Singh et al. | Recent progress on modified gum katira polysaccharides and their various potential applications | |
RU2277099C1 (ru) | Способ получения водорастворимого лигнина | |
CN102417564B (zh) | 一种保水剂及其利用造纸污泥的制备方法 | |
Noor et al. | Agricultural Wastes as Renewable Biomass to Remediate Water Pollution | |
Motloung et al. | Recent advances on chemically functionalized cellulose-based materials for arsenic removal in wastewater: a review | |
Zhang et al. | A review of natural polysaccharides-based flocculants derived from waste: application efficiency, function mechanism, and development prospects | |
Soldatkina et al. | Application of agriculture waste as biosorbents for dye removal from aqueous solutions | |
KR101142834B1 (ko) | 글라브리딘을 안정화 시키는 방법 | |
CN106148467A (zh) | 一种贻贝活性肽的制备方法 | |
Babkin et al. | An eco-friendly technology for polysaccharide production from logging and sawing waste | |
Kuzmanović et al. | High-pressure and temperature extraction of phenolic compounds from corn silage | |
Tasaki | Chemical-free recovery of crude protein from livestock manure digestate solid by thermal hydrolysis | |
CN101129324A (zh) | 一种杜氏盐藻二次提取液产品及其在皮肤保健用日用化工产品中的应用 | |
Yasmin et al. | Biowaste-derived Nanoparticles and Their Preparation: A Review | |
CN102127454A (zh) | 一种土壤酸化改良剂及其制造方法 | |
CN102140143B (zh) | 一种从蟹壳中提取甲壳质的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090215 |