RU2572419C2 - Method of obtaining cellulose nitrates - Google Patents

Method of obtaining cellulose nitrates Download PDF

Info

Publication number
RU2572419C2
RU2572419C2 RU2014116216/05A RU2014116216A RU2572419C2 RU 2572419 C2 RU2572419 C2 RU 2572419C2 RU 2014116216/05 A RU2014116216/05 A RU 2014116216/05A RU 2014116216 A RU2014116216 A RU 2014116216A RU 2572419 C2 RU2572419 C2 RU 2572419C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cellulose
carbon dioxide
nitrates
atm
temperature
Prior art date
Application number
RU2014116216/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014116216A (en
Inventor
Артем Дмитриевич Ивахнов
Татьяна Эдуардовна Скребец
Константин Григорьевич Боголицын
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ)
Priority to RU2014116216/05A priority Critical patent/RU2572419C2/en
Publication of RU2014116216A publication Critical patent/RU2014116216A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2572419C2 publication Critical patent/RU2572419C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method of obtaining cellulose nitrates in water-free medium by processing cellulose by nitrating agent, which represents mixture of concentrated nitric acid and acetic anhydride with molar ratio of nitric acid to acetic anhydride from 1:1 to 1:5, in carbon dioxide solvent, which is in sub-critical or super-critical condition at pressure not less than 50 atm, temperature of reaction mixture from 10 to 60°C for 10-240 minutes with the following washing of cellulose nitrate with carbon dioxide, which is in sub- or super-critical condition at pressure from 60 to 250 atm, and temperature from 40 to 80°C. Method makes it possible to produce any grades of cellulose nitrates from any kind of cellulose.
EFFECT: method makes it possible to improve ecological situation near the enterprises- producers of cellulose nitrates due to elimination of considerable quantities of concentrated mineral acids from technological cycle.
2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к производству нитратов целлюлозы, и может быть использовано при их получении по непрерывной и комбинированной технологиям.The invention relates to the chemical industry, namely to the production of cellulose nitrates, and can be used in their production by continuous and combined technologies.

Известен способ получения нитрата целлюлозы, согласно которому целлюлозу обрабатывают нитрующей смесью азотной и трифторуксусной кислот в соотношении 1,0-1,4:1,0-0,6, с последующей стабилизацией полученного нитрат целлюлозы [АС N883057, СССР, МПК С08В 5/02, 1981 г. ].A known method of producing cellulose nitrate, according to which cellulose is treated with a nitrating mixture of nitric and trifluoroacetic acids in a ratio of 1.0-1.4: 1.0-0.6, followed by stabilization of the obtained cellulose nitrate [AS N883057, USSR, IPC С08В 5 / 02, 1981].

Недостатками этого способа следует признать использование больших количеств нитрующей смеси, содержащей трифторуксусную кислоту, значительную продолжительность процесса, образование большого количества кислотосодержащих стоков, необходимость стабилизации получаемых нитратов целлюлозы.The disadvantages of this method are the use of large quantities of nitrating mixture containing trifluoroacetic acid, a significant duration of the process, the formation of a large number of acid-containing effluents, the need to stabilize the resulting cellulose nitrates.

Известен способ получения пироксилинов по непрерывной технологической схеме, нашедший широкое применение в промышленности, при котором нитрацию проводят смесью концентрированных азотной и серной кислот в две ступени с целью удаления отработанных кислот. Технология предусматривает стадию разложения сульфатов целлюлозы способом горячей промывки содовым раствором [Гиндич В.И. Производство нитратов целлюлозы. Технология и оборудование. ЦНИИНТИ, 1984, стр. 59-62].A known method for producing pyroxylins by a continuous technological scheme, which has found wide application in industry, in which nitration is carried out with a mixture of concentrated nitric and sulfuric acids in two stages in order to remove waste acids. The technology provides for the stage of decomposition of cellulose sulfates by hot washing with soda solution [Gindich V.I. Cellulose nitrate production. Technology and equipment. TSNIINTI, 1984, pp. 59-62].

Недостатками этого способа следует признать использование больших количеств нитрующей смеси, образование большого количества кислотосодержащих стоков, необходимость стабилизации получаемых нитратов целлюлозы, общую сложность технологического процесса.The disadvantages of this method are the use of large quantities of nitrating mixture, the formation of a large number of acid-containing effluents, the need to stabilize the resulting cellulose nitrates, and the overall complexity of the process.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения можно признать способ получения нитратов целлюлозы, используемый в промышленности для получения высокоазотных материалов - пироксилинов. Нитрацию проводят смесью концентрированных азотной и серной кислот. Технология предусматривает стадию разложения сульфатов целлюлозы способом горячей промывки содовым раствором [Гиндич В.И. Производство нитратов целлюлозы. Технология и оборудование. ЦНИИНТИ, 1984, стр. 55-59]. Данное решение принято за прототип.The closest analogue of the proposed invention can be recognized as a method of producing cellulose nitrates, used in industry for the production of high nitrogen materials - pyroxylins. Nitration is carried out with a mixture of concentrated nitric and sulfuric acids. The technology provides for the stage of decomposition of cellulose sulfates by hot washing with soda solution [Gindich V.I. Cellulose nitrate production. Technology and equipment. TSNIINTI, 1984, pp. 55-59]. This decision was made as a prototype.

Недостатком этого способа следует признать использование больших количеств нитрующей смеси, значительную продолжительность процесса, образование большого количества кислотосодержащих стоков, необходимость стабилизации получаемых нитратов целлюлозы, общую сложность технологического процесса.The disadvantage of this method is the use of large quantities of nitrating mixture, a significant duration of the process, the formation of a large number of acid-containing effluents, the need to stabilize the resulting cellulose nitrates, the overall complexity of the process.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении расхода нитрующей смеси и продолжительности процесса, а также в улучшении экологической обстановки вблизи предприятий - производителей нитроцеллюлозы.The problem to which the invention is directed is to reduce the consumption of the nitrating mixture and the duration of the process, as well as to improve the environmental situation near enterprises producing nitrocellulose.

Это достигается тем, что получение нитрата целлюлозы проводят в среде диоксида углерода в субкритическом или сверхкритическом состоянии.This is achieved by the fact that the production of cellulose nitrate is carried out in a carbon dioxide medium in a subcritical or supercritical state.

Способ осуществляется следующим образом. Целлюлозу обрабатывают смесью дымящей азотной кислоты и уксусного ангидрида (ацетилнитрат, нитрующая смесь, НС), в среде, представляющей собой диоксид углерода, находящийся в суб- или сверхкритическом состоянии. Состав нитрующей смеси варьируется от 1:1 до 1:5 (моль азотной кислоты: моль уксусного ангидрида). Расход НС 1-4 мл/г целлюлозы. Температура опыта составляет 10-60°С.The method is as follows. Cellulose is treated with a mixture of fuming nitric acid and acetic anhydride (acetyl nitrate, nitrating mixture, HC) in a medium representing carbon dioxide in a sub- or supercritical state. The composition of the nitrating mixture varies from 1: 1 to 1: 5 (mol of nitric acid: mol of acetic anhydride). The consumption of HC 1-4 ml / g of cellulose. The temperature of the experiment is 10-60 ° C.

Избыточное давление в системе поддерживается на уровне 50-400 атм. Время обработки на конечной температуре составляет 10-240 минут. По окончании процесса нитрат целлюлозы промывают диоксидом углерода. Скорость подачи диоксида углерода составляет 1-20 г/минуту, при варьировании избыточного давления и температуры в интервалах 60-250 атм и 40-80°С соответственно. Удельный расход диоксида углерода составляет 25-250 г/г исходной целлюлозы. Диоксид углерода отработанного раствора с оставшейся неизрасходованной нитрующей смесью может быть регенерирован и использован повторно. Степень замещения целлюлозы регулируется изменением времени нитрации. Полученный нитрат целлюлозы промывается диоксидом углерода, находящимся в субкритическом или сверхкритическом состоянии. Получаемый нитрат целлюлозы содержит 11-14% связанного азота при выходе 96-100% от теоретического.Overpressure in the system is maintained at a level of 50-400 atm. The processing time at the final temperature is 10-240 minutes. At the end of the process, cellulose nitrate is washed with carbon dioxide. The carbon dioxide feed rate is 1-20 g / min, with varying overpressure and temperature in the ranges of 60-250 atm and 40-80 ° C, respectively. The specific consumption of carbon dioxide is 25-250 g / g of the original cellulose. Carbon dioxide waste solution with the remaining unspent nitrating mixture can be regenerated and reused. The degree of substitution of cellulose is controlled by a change in the nitration time. The resulting cellulose nitrate is washed with carbon dioxide in a subcritical or supercritical state. The resulting cellulose nitrate contains 11-14% of bound nitrogen with a yield of 96-100% of theoretical.

Конкретные условия реализации способа (давление, температура, временные режимы, состав раствора) могут варьироваться и определяются, исходя из характеристик целлюлозы.Specific conditions for the implementation of the method (pressure, temperature, time modes, composition of the solution) can vary and are determined based on the characteristics of cellulose.

Химический состав нитратов целлюлозы и их выход определяли по методикам, известным и общепризнанным в данной области.The chemical composition of cellulose nitrates and their yield were determined by methods known and generally recognized in the art.

Примеры, подтверждающие возможность получения нитратов целлюлозы по предлагаемому методу, приведены в таблице 1. Параметры режима промывки нитрата целлюлозы представлены в таблице 2.Examples confirming the possibility of obtaining cellulose nitrates by the proposed method are shown in table 1. The parameters of the washing regime of cellulose nitrate are presented in table 2.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Из приведенных примеров следует, что образцы нитратов целлюлозы получаются однородными по содержанию азота и выходу.From the above examples it follows that the samples of cellulose nitrates are obtained homogeneous in nitrogen content and yield.

Из этих же примеров видно, что по предлагаемому способу возможно получить нитраты целлюлозы с содержанием связанного азота в пределах 11-14%From the same examples it is seen that according to the proposed method it is possible to obtain cellulose nitrates with a bound nitrogen content in the range of 11-14%

Для реализации заявляемого способа может быть использовано стандартное оборудование для проведения сверхкритической флюидной экстракции.To implement the proposed method can be used standard equipment for conducting supercritical fluid extraction.

Заявляемый способ является экологически безопасным, т.к. в результате нитрации не образуется токсичных или трудно утилизируемых отходов или побочных продуктов.The inventive method is environmentally friendly, because nitration does not produce toxic or difficult to recycle waste or by-products.

Заявляемый способ может быть использован для получения нитратов целлюлозы как в лабораторной практике, так и в промышленности и пригоден и для периодических, и для непрерывных технологических методов нитрации.The inventive method can be used to obtain cellulose nitrates both in laboratory practice and in industry and is suitable for both periodic and continuous technological methods of nitration.

Claims (2)

1. Способ получения нитратов целлюлозы в безводной среде, обработкой целлюлозы нитрующим агентом, представляющим собой смесь концентрированной азотной кислоты и уксусного ангидрида при мольном соотношении азотной кислоты к уксусному ангидриду от 1:1 до 1:5 в растворителе диоксиде углерода, находящемся в субкритическом или сверхкритическом состоянии при давлении не менее 50 атм, температуре реакционной смеси от 10 до 60°C в течение 10-240 минут с последующей промывкой нитрата целлюлозы диоксидом углерода, находящимся в суб- или сверхкритическом состоянии при давлении от 60 до 250 атм и температуре от 40 до 80°C.1. A method of producing cellulose nitrates in an anhydrous medium, treating cellulose with a nitrating agent, which is a mixture of concentrated nitric acid and acetic anhydride with a molar ratio of nitric acid to acetic anhydride of 1: 1 to 1: 5 in a carbon dioxide solvent located in subcritical or supercritical a state at a pressure of at least 50 atm, a temperature of the reaction mixture from 10 to 60 ° C for 10-240 minutes, followed by washing of cellulose nitrate with carbon dioxide in sub- or supercritical condition at a pressure of 60 to 250 atm and a temperature of 40 to 80 ° C. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья может быть использована техническая целлюлоза: сульфатная и/или сульфитная беленые, вискозная. 2. The method according to p. 1, characterized in that technical cellulose can be used as a feedstock: bleached and / or bleached, viscose sulphite.
RU2014116216/05A 2014-04-22 2014-04-22 Method of obtaining cellulose nitrates RU2572419C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014116216/05A RU2572419C2 (en) 2014-04-22 2014-04-22 Method of obtaining cellulose nitrates

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014116216/05A RU2572419C2 (en) 2014-04-22 2014-04-22 Method of obtaining cellulose nitrates

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014116216A RU2014116216A (en) 2015-10-27
RU2572419C2 true RU2572419C2 (en) 2016-01-10

Family

ID=54362656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014116216/05A RU2572419C2 (en) 2014-04-22 2014-04-22 Method of obtaining cellulose nitrates

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2572419C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111072785A (en) * 2019-12-03 2020-04-28 北京理工大学 Preparation method of high-nitrogen-content nitrified bamboo cellulose
CN111647090A (en) * 2020-07-14 2020-09-11 北京理工大学 Method for nitrifying bamboo cellulose by using waste acid

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU883057A1 (en) * 1980-03-26 1981-11-23 за вители /Г и 0.А.Анисимова / Method of cellulose nitrate production
US6177033B1 (en) * 1999-06-01 2001-01-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Nitration of organics in carbon dioxide
RU2174984C2 (en) * 1999-10-26 2001-10-20 Алтайский государственный университет Pumping jet unit
WO2008070945A3 (en) * 2006-12-14 2008-07-31 Ima Quimica S A Process for obtaining nitrocellulose, process for nitrating wood cellulose to obtain nitrocellulose, and nitrocellulose obtained from such process
RU2339648C1 (en) * 2007-05-10 2008-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет" Method for obtaining cellulose dinitrates out of lignocellulose material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU883057A1 (en) * 1980-03-26 1981-11-23 за вители /Г и 0.А.Анисимова / Method of cellulose nitrate production
US6177033B1 (en) * 1999-06-01 2001-01-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Nitration of organics in carbon dioxide
RU2174984C2 (en) * 1999-10-26 2001-10-20 Алтайский государственный университет Pumping jet unit
WO2008070945A3 (en) * 2006-12-14 2008-07-31 Ima Quimica S A Process for obtaining nitrocellulose, process for nitrating wood cellulose to obtain nitrocellulose, and nitrocellulose obtained from such process
RU2339648C1 (en) * 2007-05-10 2008-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет" Method for obtaining cellulose dinitrates out of lignocellulose material

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111072785A (en) * 2019-12-03 2020-04-28 北京理工大学 Preparation method of high-nitrogen-content nitrified bamboo cellulose
CN111072785B (en) * 2019-12-03 2020-12-01 北京理工大学 Preparation method of high-nitrogen-content nitrified bamboo cellulose
CN111647090A (en) * 2020-07-14 2020-09-11 北京理工大学 Method for nitrifying bamboo cellulose by using waste acid

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014116216A (en) 2015-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Activating cellulose via its reversible reaction with CO 2 in the presence of 1, 8-diazabicyclo [5.4. 0] undec-7-ene for the efficient synthesis of cellulose acetate
Ibrahim et al. Dissolution of cellulose with ionic liquid in pressurized cell
DE10848732T1 (en) Process for the preparation of manganese sulphate monohydrate
WO2012114349A1 (en) An improved process for the preparation of pentosan polysulfate sodium
RU2572419C2 (en) Method of obtaining cellulose nitrates
CN107033035B (en) A kind of synthesis of high purity N-carbamylglutamic acid and its post-processing approach
Santos et al. A single step ultrasound-assisted nitrocellulose synthesis from microcrystalline cellulose
CN103554303B (en) A kind of method of purifying cm-chitosan
Peng et al. Convenient synthesis of various ionic liquids from onium hydroxides and ammonium salts
CN104341601A (en) Method for grading and separating lignin by using ionic liquid-carbon dioxide system
CN103539867A (en) Preparation method of chitosan quaternary ammonium salt
Cheung Studies of the nitration of cellulose-application in new membrane materials
JP6745276B2 (en) Method for producing furan-2,5-dicarboxylic acid (FDCA) from solid salt
AU2015369544B2 (en) Acid recovery from acid-rich solutions
CN111018747A (en) Method for refining guanidine nitrate
CN106832058B (en) A kind of O- succinic acid Chitosan Schiff-base and preparation method thereof
CN111909056B (en) Dimethyl sulfoxide industrial waste liquid regeneration treatment process for producing DIANP explosive
CN104725285A (en) Method for removing sulfate from sodium isopropyl benzenesulfonate
RU2281930C2 (en) Humic acid and humic acid salt production process
KR830007738A (en) Method for producing an acrylamide-based cationic polymer reeling agent
RU2203995C1 (en) Method for producing microcrystalline cellulose
CN108530546B (en) Synthesis and application of pseudochitosan and derivatives thereof
DE2849370A1 (en) METHOD FOR PRODUCING 2,2'-AZOBIS- (2,4-DIMETHYL-4-METHOXYPENTANNITRILE)
RU2370478C2 (en) Method of producing oxyhumates from peat
EP3645786A1 (en) Process for separating lignin from lignocellulosic materials

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160423