RU2339648C1 - Method for obtaining cellulose dinitrates out of lignocellulose material - Google Patents
Method for obtaining cellulose dinitrates out of lignocellulose material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339648C1 RU2339648C1 RU2007117456A RU2007117456A RU2339648C1 RU 2339648 C1 RU2339648 C1 RU 2339648C1 RU 2007117456 A RU2007117456 A RU 2007117456A RU 2007117456 A RU2007117456 A RU 2007117456A RU 2339648 C1 RU2339648 C1 RU 2339648C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cellulose
- lignocellulose material
- minutes
- dinitrates
- raw materials
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области химической технологии и предназначено для получения динитратов целлюлозы, которые могут быть использованы для изготовления детекторов ионизирующих излучений, тест-диагностикумов различных заболеваний, биологических индикаторов, твердого ракетного топлива и других современных видов продукции.The invention relates to the field of chemical technology and is intended to produce cellulose dinitrates, which can be used for the manufacture of ionizing radiation detectors, test diagnostics of various diseases, biological indicators, solid rocket fuel and other modern types of products.
Известны способы нитрования целлюлозы - одного из основных компонентов лигноцеллюлозного материала трифторуксусной и азотной кислотами [Касько Н.С. Синтез химически однородных 2,3-динитратов целлюлозы /Н.С.Касько, О.А.Панченко // Химия растительного сырья, 1197. - №2. - С.46] путем последовательной обработки изолированной или выделенной целлюлозы, трифторуксусной, а затем азотной кислотами. Реакцию проводят при температуре 30°С в течение 15 мин, в результате чего получаются продукты с содержанием азота от 10 до 12% и растворимостью в ацетоне и спиртоэфирной смеси до 100%. Недостаток этого способа получения состоит в том, что исходным сырьем является хлопковая целлюлоза или выделенная древесная целлюлоза, для получения которой проводят обработку древесины в несколько стадий: делигнификация, мерсеризация, варка, отбелка, что приводит к удорожанию производства конечного продукта. Из известных технических решений наиболее близким по научной и технической сущности к заявляемому объекту - прототипом является способ получения нитратов целлюлозы из древесины [Патент RU - №2174984С2 РА, МПК C08В 5/02 Способ получения нитрата целлюлозы. / А.И.Галочкин, Н.С.Касько, И.Н.Ергина; БИ №29; опубл. 20.10.2001. - 5 с.]. Данным способом тринитраты целлюлозы получают этерификацией древесины азотной кислотой в смеси с трифторуксусной кислотой при температуре 30°С в течение 15 мин. Получают продукты, полностью растворимые в ацетоне и малорастворимые в спиртоэфирной смеси, с содержанием азота до 14%.Known methods of nitration of cellulose - one of the main components of lignocellulosic material with trifluoroacetic and nitric acids [Kasko N.S. Synthesis of chemically homogeneous cellulose 2,3-dinitrates / N.S. Kasko, O.A. Panchenko // Chemistry of plant raw materials, 1197. - No. 2. - P.46] by sequentially treating isolated or isolated cellulose, trifluoroacetic, and then nitric acids. The reaction is carried out at a temperature of 30 ° C for 15 minutes, resulting in products with a nitrogen content of 10 to 12% and solubility in acetone and alcohol-ether mixture up to 100%. The disadvantage of this production method is that the initial raw material is cotton cellulose or selected wood pulp, for which wood is treated in several stages: delignification, mercerization, cooking, bleaching, which makes the production of the final product more expensive. Of the known technical solutions, the closest in scientific and technical essence to the claimed object - the prototype is a method for producing cellulose nitrates from wood [RU Patent - No. 2174984C2 RA, IPC C08B 5/02 Method for producing cellulose nitrate. / A.I. Galochkin, N.S. Kasko, I.N. Ergina; BI No. 29; publ. 10/20/2001. - 5 p.]. In this way, cellulose trinitrates are obtained by esterification of wood with nitric acid in a mixture with trifluoroacetic acid at a temperature of 30 ° C for 15 minutes. Get products that are completely soluble in acetone and sparingly soluble in the alcohol-ether mixture, with a nitrogen content of up to 14%.
Общие признаки прототипа и предлагаемого изобретения заключаются в том, что для получения три- и динитратов целлюлозы используется трифторуксусная и азотная кислоты и лигноцеллюлозное сырье.Common features of the prototype and the present invention are that trifluoroacetic and nitric acids and lignocellulosic raw materials are used to produce cellulose tri- and dinitrates.
Целью изобретения является получение динитратов целлюлозы непосредственно из лигноцеллюлозного сырья: отходов лиственной и хвойной древесины, а также отходов сельскохозяйственного производства последовательной обработкой трифторуксусной и азотной кислотами, полностью растворимых в ацетоне и спиртоэфирной смеси с содержанием азота от 10 до 12%.The aim of the invention is to obtain cellulose dinitrates directly from lignocellulosic raw materials: deciduous and coniferous wood waste, as well as agricultural waste by sequential treatment of trifluoroacetic and nitric acids, completely soluble in acetone and alcohol-ether mixture with a nitrogen content of 10 to 12%.
Полученные нитраты применяют, как нитраты, полученные из изолированной целлюлозы, а также для дальнейшего модифицирования различными реагентами для получения новых полимерных материалов с улучшенными свойствами. Например: пленки нитратпропионатного эфира целлюлозы обладают повышенной теплостойкостью, плотностью и прочностью по сравнению с пленками нитрата целлюлозы.The obtained nitrates are used as nitrates obtained from isolated cellulose, as well as for further modification with various reagents to obtain new polymeric materials with improved properties. For example: films of nitrate-propionate cellulose ether have increased heat resistance, density and strength compared to films of cellulose nitrate.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что на лигноцеллюлозное сырье воздействуют трифторуксусной, а затем азотной кислотами. В качестве исходного материала используют лигноцеллюлозное сырье, состоящее из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз, без его предварительного разделения на компоненты, а также сырье, состоящее из отходов древесины лиственных и хвойной пород, предварительно подвергнутое взрывному автогидролизу. Взрывной автогидролиз представляет собой процесс обработки древесины водяным паром под давлением, в результате чего происходит разрушение связей между основными компонентами древесины. Предварительная обработка осуществляется в течение 3-5 мин при температуре 220°С и давлении 3 МПа. Воздействие трифторуксусной, а затем азотной кислотами проводят при температуре 25-30°С с продолжительностью от 60 до 180 мин при массовом соотношении реагентов лигноцеллюлозное сырье:кислоты 1:50.The essence of the invention lies in the fact that lignocellulosic raw materials are exposed to trifluoroacetic and then nitric acids. Lignocellulosic raw materials consisting of cellulose, lignin and hemicelluloses, without preliminary separation into components, as well as raw materials consisting of deciduous and coniferous wood waste, previously subjected to explosive autohydrolysis, are used as a starting material. Explosive autohydrolysis is a process of treating wood with water vapor under pressure, resulting in the destruction of bonds between the main components of wood. Pretreatment is carried out for 3-5 minutes at a temperature of 220 ° C and a pressure of 3 MPa. The impact of trifluoroacetic and then nitric acids is carried out at a temperature of 25-30 ° C for a duration of 60 to 180 minutes with a mass ratio of reagents of lignocellulosic raw materials: acids 1:50.
В результате получаются высокорастворимые в ацетоне и спиртоэфирной смеси нитраты целлюлозы. Данные эфиры являются динитратами целлюлозы.The result is cellulose nitrates highly soluble in acetone and in an alcohol-ether mixture. These esters are cellulose dinitrates.
Изобретение обеспечивает использование всего лигноцеллюлозного сырья, удешевляется получение конечного продукта - динитрата целлюлозы, реализуется возможность безотходной технологии.The invention provides the use of all lignocellulosic raw materials, reduces the cost of obtaining the final product - cellulose dinitrate, realizes the possibility of waste-free technology.
Преимущества заявляемого изобретения состоят в том, что в реакции нитрования используется лигноцеллюлозное сырье: древесина различных пород и ее отходы, однолетние растения и т.п., а не только целлюлоза - один из компонентов этого материала. Кроме того, в данном изобретении используется трифторуксусная кислота с целью частичного разрушения морфологической структуры древесины и повышения доступности для действующего реагента гидроксильных групп основных компонентов лигноуглеводного сырья, позволяя сохранять полимерное состояние целлюлозы. Преимущества в использовании лигноцеллюлозного материала заключаются:The advantages of the claimed invention are that lignocellulosic raw materials are used in the nitration reaction: wood of various species and its waste, annual plants, etc., and not just cellulose - one of the components of this material. In addition, the present invention uses trifluoroacetic acid to partially destroy the morphological structure of wood and increase the availability of hydroxyl groups of the main components of ligno-carbohydrate raw materials for the active reagent, allowing the cellulose to maintain the polymer state. The advantages in using lignocellulosic material are:
- во-первых, с точки зрения доступности исходного сырья, отходы лесотехнического производства по сравнению с целлюлозой вне конкуренции, что значительно удешевляет стоимость конечного продукта;- firstly, from the point of view of the availability of feedstock, waste from forestry production compared to cellulose is unrivaled, which significantly reduces the cost of the final product;
- во-вторых, нет необходимости разделения лигноцеллюлозного сырья на основные компоненты, что позволяет реализовать возможность безотходной технологии - целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы нитруются и в дальнейшем используются, что в значительной степени благоприятно отразится на экологической обстановке в лесозаготовительных и лесоперерабатывающих отраслях промышленности, а также на предприятиях по химической переработке древесины;- secondly, there is no need to separate lignocellulosic raw materials into main components, which allows realizing the possibility of non-waste technology - cellulose, lignin, hemicelluloses are nitrated and used in the future, which will significantly affect the environmental situation in the logging and timber processing industries, as well as at enterprises for the chemical processing of wood;
- в-третьих, нитраты лигноцеллюлозного материала обладают более широким спектром свойств, чем нитраты целлюлозы.- thirdly, nitrates of lignocellulosic material have a wider range of properties than cellulose nitrates.
Осуществление изобретения достигается следующим образом: навеску воздушно-сухого измельченного лигноцеллюлозного сырья: солому пшеницы, а также отходы древесины (осины, березы, сосны) фракцией 0,15÷0,35 мм, предварительно подвергнутые взрывному автогидролизу, помещают в реакционную колбу, содержащую 67 мл трифторуксусной кислоты, и выдерживают от 60 до 180 мин при температуре 25-30°С, после активации в колбу небольшими порциями вносят азотную кислоту и термостатируют при 30°C от 15 до 90 мин при массовом соотношении реагентов лигноцеллюлозное сырье:кислоты 1:50.The implementation of the invention is achieved as follows: a sample of air-dry crushed lignocellulosic raw materials: wheat straw, as well as waste wood (aspen, birch, pine) with a fraction of 0.15 ÷ 0.35 mm, previously subjected to explosive autohydrolysis, are placed in a reaction flask containing 67 ml of trifluoroacetic acid, and incubated for 60 to 180 minutes at a temperature of 25-30 ° C, after activation, nitric acid was added in small portions in a flask and thermostated at 30 ° C for 15 to 90 minutes with a mass ratio of lignocellulosic raw materials : acids 1:50.
Изобретение позволяет получать нитраты целлюлозы структурно и молекулярно однородные. Полученную массу стабилизируют аммиаком, отфильтровывают на стеклянном пористом фильтре, промывают большими порциями горячей и холодной воды и высушивают на воздухе. Состав полученных продуктов идентифицируют по данным анализа на содержание азота и растворимости в ацетоне и спиртоэфирной смеси, а также по ИК-спектрам. Свойства полученных продуктов описаны в таблице 1.The invention allows to obtain cellulose nitrates structurally and molecularly homogeneous. The resulting mass is stabilized with ammonia, filtered on a glass porous filter, washed with large portions of hot and cold water and dried in air. The composition of the obtained products is identified by analysis of the nitrogen content and solubility in acetone and alcohol-ether mixture, as well as by IR spectra. The properties of the obtained products are described in table 1.
Пример 1 - Навеску воздушно-сухого лигноцеллюлозного сырья (древесина осины, фракция 0,55 мм) массой 1,0 г помещают в реакционную колбу, содержащую 67 мл трифторуксусной кислоты и выдерживают в течение часа при температуре 25°С, затем добавляют 33 мл азотной кислоты, доводят температуру до 30°С и выдерживают в течение 30 мин при постоянном перемешивании. По окончании реакционную массу стабилизируют аммиаком и отфильтровывают через фильтр, промывают большими порциями горячей и холодной воды и высушивают на воздухе. Полученный динитрат целлюлозы содержит 11,0% азота. Растворимость в ацетоне составляет 87%, а в спиртоэфирной смеси 30%.Example 1 — A weighed portion of air-dried lignocellulosic raw materials (aspen wood, 0.55 mm fraction) weighing 1.0 g was placed in a reaction flask containing 67 ml of trifluoroacetic acid and kept at 25 ° С for an hour, then 33 ml of nitric acid were added acid, bring the temperature to 30 ° C and incubated for 30 minutes with constant stirring. At the end, the reaction mass is stabilized with ammonia and filtered through a filter, washed with large portions of hot and cold water, and dried in air. The resulting cellulose dinitrate contains 11.0% nitrogen. The solubility in acetone is 87%, and in the alcohol-ether mixture 30%.
Динитрат целлюлозы содержит свободную гидроксильную группу у шестого атома углерода, является структурно и молекулярно однородным.Cellulose dinitrate contains a free hydroxyl group at the sixth carbon atom, is structurally and molecularly homogeneous.
Пример 2 - Нитрование проведено в условиях, аналогичных примеру 1, но использовалось растительное сырье, подвергнутое взрывному автогидролизу (3-5 мин при температуре 220°С и давлении 3 МПа) (табл.2).Example 2 - Nitration was carried out under conditions similar to example 1, but used vegetable raw materials subjected to explosive autohydrolysis (3-5 min at a temperature of 220 ° C and a pressure of 3 MPa) (table 2).
Получают высокомолекулярные продукты, которые содержат от 10 до 12% азота, растворяются в ацетоне на 100% и до 70% в спиртоэфирной смеси.High molecular weight products are obtained that contain from 10 to 12% nitrogen, are dissolved in 100% acetone and up to 70% in an alcohol-ether mixture.
ТаблицыTables
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007117456A RU2339648C1 (en) | 2007-05-10 | 2007-05-10 | Method for obtaining cellulose dinitrates out of lignocellulose material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007117456A RU2339648C1 (en) | 2007-05-10 | 2007-05-10 | Method for obtaining cellulose dinitrates out of lignocellulose material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2339648C1 true RU2339648C1 (en) | 2008-11-27 |
Family
ID=40193152
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007117456A RU2339648C1 (en) | 2007-05-10 | 2007-05-10 | Method for obtaining cellulose dinitrates out of lignocellulose material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2339648C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2572419C2 (en) * | 2014-04-22 | 2016-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) | Method of obtaining cellulose nitrates |
EA024220B1 (en) * | 2013-04-30 | 2016-08-31 | Сумгаитский Государственный Университет | Process for producing activated cellulose powder |
-
2007
- 2007-05-10 RU RU2007117456A patent/RU2339648C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA024220B1 (en) * | 2013-04-30 | 2016-08-31 | Сумгаитский Государственный Университет | Process for producing activated cellulose powder |
RU2572419C2 (en) * | 2014-04-22 | 2016-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) | Method of obtaining cellulose nitrates |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Schorger | The chemistry of cellulose and wood | |
Long et al. | Simultaneous delignification and selective catalytic transformation of agricultural lignocellulose in cooperative ionic liquid pairs | |
CN101230547B (en) | Method for preparing cellulose and carboxymethyl cethylose by wood fibre material | |
Abe et al. | Dissolution of wet wood biomass without heating | |
Ping et al. | Wood adhesives from agricultural by-products: Lignins and tannins for the elaboration of particleboards | |
Yue et al. | Experimental analysis of thermally-treated Chinese poplar wood with focus on structural application | |
Martha et al. | Effect of furfurylation treatment on technological properties of short rotation teak wood | |
Asada et al. | Total biorefinery process of lignocellulosic waste using steam explosion followed by water and acetone extractions | |
RU2339648C1 (en) | Method for obtaining cellulose dinitrates out of lignocellulose material | |
Martha et al. | Effect of glycerol-maleic anhydride treatment on technological properties of short rotation teak wood | |
Korchagina et al. | Esterification of oat-hull cellulose | |
Yuan et al. | Production of Levulinic Acid from Pennisetum alopecuroides in the Presence of an Acid Catalyst | |
McMillan | Processes for pretreating lignocellulosic biomass: A review | |
Rangel et al. | Hydrothermal treatment of eucalyptus sawdust for a forest biorefinery | |
RU2556940C1 (en) | Method of obtaining cellulose nitrates | |
Singh | Methylcellulose synthesis from corn cobs: Study of the effect of solvent conditions on product properties by thermal analysis | |
Audu et al. | Impact of ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate mediated extraction on lignin features | |
Antonović et al. | Influence of Different Wood Specie Chemical Composition on the Liquefaction Properties | |
Huang et al. | Comparative study of the performance of acetylated bamboo with different catalysts | |
Blanco et al. | Chemical modification of Calophyllum brasiliense Cambess. and Enterolobium cyclocarpum (Jacq.) Griseb. wood | |
Denisova | Production of Cellulose from Oat-Processing Waste by the Hydrotropic Method Followed by the Synthesis of Cellulose Nitrates | |
Ali et al. | Producing of some derivatives of cellulose by recycling of paper and agricultural wastes | |
Duarte et al. | Optimization of the extraction of polyphenols from Pinus pinaster residues using deep eutectic solvents: a sustainable approach | |
RU2524343C1 (en) | Method of modifying lignin | |
TWI848430B (en) | Sulfonic group-modified catalyst and method for preparing 5-hydroxymethylfurfural using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160511 |