RU2620551C1 - Method of complex processing of birch wood - Google Patents

Method of complex processing of birch wood Download PDF

Info

Publication number
RU2620551C1
RU2620551C1 RU2016119484A RU2016119484A RU2620551C1 RU 2620551 C1 RU2620551 C1 RU 2620551C1 RU 2016119484 A RU2016119484 A RU 2016119484A RU 2016119484 A RU2016119484 A RU 2016119484A RU 2620551 C1 RU2620551 C1 RU 2620551C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wood
lignin
temperature
prehydrolysis
hours
Prior art date
Application number
RU2016119484A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Николаевич Кузнецов
Ольга Владимировна Яценкова
Светлана Алексеевна Кузнецова
Ирина Геннадьевна Судакова
Наталья Викторовна Гарынцева
Анатолий Михайлович Скрипников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН)
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 бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН)
Priority to RU2016119484A priority Critical patent/RU2620551C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2620551C1 publication Critical patent/RU2620551C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K36/00Medicinal preparations of undetermined constitution containing material from algae, lichens, fungi or plants, or derivatives thereof, e.g. traditional herbal medicines
    • A61K36/18Magnoliophyta (angiosperms)
    • A61K36/185Magnoliopsida (dicotyledons)
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K2121/00Preparations for use in therapy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D11/00Solvent extraction
    • B01D11/02Solvent extraction of solids

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Natural Medicines & Medicinal Plants (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Alternative & Traditional Medicine (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
  • Compounds Of Unknown Constitution (AREA)

Abstract

FIELD: wood industry.
SUBSTANCE: method includes the step of prehydrolysis sawdust at atmospheric pressure with an aqueous solution of 2-3 wt % sulfuric acid at a liquor ratio 8, a temperature of 100°C, duration of 3-5 hours, with vigorous stirring wood delignification stage residue at atmospheric pressure with an aqueous solution containing 30 wt % acetic acid and 4-5 wt % hydrogen peroxide and the catalyst was 2 wt % sulfuric acid at 100°C, liquor ratio of 10-15, the duration of 3.5 hours, with vigorous stirring, acetic acid was distilled off from the spent cooking liquor, dilution of the distillation residue and precipitation of the lignin extraction it with liquor ratio 2 distilled water heated to 90°C, for 10 minutes to obtain a lignin sorbent.
EFFECT: reduced costs.
1 dwg, 3 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к химической переработке древесины, конкретно к получению ксилозы, целлюлозы и лигнинового сорбента из древесины березы.The invention relates to the chemical processing of wood, specifically to the production of xylose, cellulose and lignin sorbent from birch wood.

Из уровня техники в данной области известны способы переработки древесины березы, включающие предварительную обработку исходного лигноцеллюлозного сырья для выделения ксилозы, получение целлюлозы из предгидролизованной древесины, получение лигнинового сорбента.BACKGROUND OF THE INVENTION Methods for processing birch wood are known in the art, including pretreatment of an initial lignocellulosic feedstock to isolate xylose, obtaining cellulose from prehydrolyzed wood, and producing a lignin sorbent.

Известен способ выделения ксилозы из древесины с высоким содержанием ксилана (ЕР 1448801, опубл. 25.08.2004), включающий предварительное измельчение щепы древесины березы, пропитку разбавленными растворами минеральных кислот, предгидролиз подготовленной массы паром при температуре 140-180°C в течение 5-40 минут, промывку и отделение раствора ксилозы от волокнистой лигноцеллюлозной массы. Максимальный выход ксилозы составил 78% от исходного содержания гемицеллюлоз в древесине березы, а содержание целлюлозы в твердом остатке лигноцеллюлозы - 92,2-93,5% мас.A known method of separating xylose from wood with a high xylan content (EP 1448801, publ. 08.25.2004), including preliminary grinding of birch wood chips, impregnation with dilute solutions of mineral acids, prehydrolysis of the prepared mass with steam at a temperature of 140-180 ° C for 5-40 minutes, washing and separating the xylose solution from the fibrous lignocellulosic mass. The maximum xylose yield was 78% of the initial hemicellulose content in birch wood, and the cellulose content in the solid residue of lignocellulose was 92.2-93.5% wt.

Недостатки данного способа связаны с применением высоких температур, давлений, нагретого пара при обработке щепы, что требует высоких энергетических затрат и соблюдения повышенных мер безопасности, а также с ограниченным ассортиментом конечных продуктов (ксилоза и лигноцеллюлоза).The disadvantages of this method are associated with the use of high temperatures, pressures, heated steam when processing chips, which requires high energy costs and compliance with increased safety measures, as well as with a limited range of end products (xylose and lignocellulose).

Известен способ разделения компонентов лигноцеллюлозной биомассы с высоким содержанием лигнина с целью получения чистой целлюлозы (US 8603295, опубл. 10.12.2013), включающий предварительный размол биомассы, прогрев при температуре 85-100°С в течение 10-60 минут, обработку острым паром при 180-200°С в течение 5-15 минут с добавлением или без добавления кислотного катализатора, выделение ксилозы (50-90% от исходного содержания в биомассе), делигнификацию лигноцеллюлозы в течение 0,4-2 ч при гидромодуле 2-10 водным раствором, содержащим 40-60% этанола с добавлением или без добавления кислотного катализатора, отделение щелока, содержащего растворенный лигнин (95-99% от исходного содержания в биомассе), остаточные гемицеллюлозы и экстрактивные вещества, промывку и отделение разволокненного целлюлозного продукта. Полученный целлюлозный продукт содержит от 75 до 95% мас. целлюлозы, от 4 до 10% гемицеллюлоз и 5-8% мас. лигнина, и может использоваться для получения биоэтанола.A known method of separating components of lignocellulosic biomass with a high lignin content in order to obtain pure cellulose (US 8603295, publ. 10.12.2013), including preliminary grinding of the biomass, heating at a temperature of 85-100 ° C for 10-60 minutes, treatment with hot steam at 180-200 ° C for 5-15 minutes with or without acid catalyst, xylose evolution (50-90% of the initial content in biomass), delignification of lignocellulose for 0.4-2 hours with a hydromodule 2-10 aqueous solution containing 40-60% ethanol with or without the addition of an acid catalyst, separation of liquor containing dissolved lignin (95-99% of the initial content in the biomass), residual hemicelluloses and extractives, washing and separation of the dispersed cellulose product. The resulting cellulosic product contains from 75 to 95% wt. cellulose, from 4 to 10% hemicelluloses and 5-8% wt. lignin, and can be used to produce bioethanol.

Недостатки данного способа связаны с применением высоких температур, давлений, острого пара при обработке биомассы, что требует специального оборудования, высоких энергетических затрат и соблюдения повышенных мер безопасности, а также с ограниченностью ассортимента конечных продуктов (лигнин удаляется со сточными водами).The disadvantages of this method are associated with the use of high temperatures, pressures, hot steam when processing biomass, which requires special equipment, high energy costs and increased safety measures, as well as the limited range of end products (lignin is removed with waste water).

Известен способ получения гидролизата гемицеллюлоз и целлюлозного продукта с высоким содержанием α-целлюлозы (US 5139617, опубл. 18.08.1992), включающий предгидролиз щепы березы сернистым ангидридом (0,25% от массы сухой древесины) или серной кислотой (1% от массы сухой древесины) в варочном котле с перемешиванием при гидромодуле 3,5-6, температуре 155°С, в течение 1,5-2,5 ч, разделение предгидролизата и лигноцеллюлозы, делигнификацию лигноцеллюлозы в течение 2,5 ч в растворе, содержащем Na2SO3, Na2CO3 и антрахинон, при 175°С и гидромодуле 4,5. Выход полученного целлюлозного продукта составил 34,7-39,7% мас., а содержание в нем α-целлюлозы варьировалось от 91,7-94,5% мас.A known method of producing a hydrolyzate of hemicelluloses and a cellulose product with a high content of α-cellulose (US 5139617, publ. 08/18/1992), including prehydrolysis of birch wood chips with sulfur dioxide (0.25% by weight of dry wood) or sulfuric acid (1% by weight of dry wood) in a digester with stirring at a hydromodule 3.5-6, temperature 155 ° C, for 1.5-2.5 hours, separation of the prehydrolyzate and lignocellulose, delignification of lignocellulose for 2.5 h in a solution containing Na 2 SO 3 , Na 2 CO 3 and anthraquinone, at 175 ° C and a hydromodule of 4.5. The yield of cellulose product obtained was 34.7-39.7% by weight, and the content of α-cellulose in it ranged from 91.7-94.5% by weight.

Недостатки данного способа связаны с ограниченностью ассортимента конечных продуктов разделения древесины березы, низким выходом целлюлозного продукта (менее 40% мас.), применением высоких температур и давлений в процессах предгидролиза и делигнификации щепы березы.The disadvantages of this method are associated with the limited range of end products for the separation of birch wood, low yield of cellulosic product (less than 40% wt.), The use of high temperatures and pressures in the processes of prehydrolysis and delignification of birch wood chips.

Известен способ получения лигнинового сорбента (RU 2471550, опубл. 10.01.2013), в котором сырьем является побочный продукт - отработанный варочный раствор делигнификации древесины березы. После отгона уксусной кислоты лигнин осаждали добавлением воды. Далее для удаления лигногуминовых и водорастворимых веществ из лигнина проводили экстракцию 0,4%-ным раствором бикарбоната натрия, промывку и сушку. Выход сорбента составил 76,1% мас.A known method of producing a lignin sorbent (RU 2471550, publ. 10.01.2013), in which the raw material is a by-product - spent cooking solution for delignification of birch wood. After distilling off the acetic acid, lignin was precipitated by the addition of water. Then, to remove ligno humic and water-soluble substances from lignin, extraction was performed with a 0.4% sodium bicarbonate solution, washing and drying. The output of the sorbent was 76.1% wt.

Недостатком данного способа является невысокое качество сорбента из-за неполного вымывания из пор сорбента натриевых солей лигногуминовых веществ, которые уменьшают его сорбционную активность. Этот недостаток обусловлен использованием в качестве экстрагента бикарбоната натрия. К тому же его применение требует дополнительной стадии отмывки сорбента, что усложняет процесс получения и увеличивает его стоимость.The disadvantage of this method is the low quality of the sorbent due to incomplete leaching of sodium salts of ligno-humic substances from the pores of the sorbent, which reduce its sorption activity. This disadvantage is due to the use of sodium bicarbonate as an extractant. In addition, its use requires an additional stage of washing the sorbent, which complicates the production process and increases its cost.

Наиболее близким к изобретению по технологической сущности и достигаемому результату является способ получения ксилозы и целлюлозы для химической переработки (RU 2512339, опубл. 27.11.2012), включающий предгидролиз измельченной древесины березы сернистым ангидридом в автоклаве при температуре 140-145°С, жидкостном модуле 1,7-2,5 и продолжительности 0,8-1,5 ч, отделение растворенного гидролизата гемицеллюлоз от твердой предгидролизованной биомассы, сульфатную варку предгидролизованной древесины березы при температуре 170°С в течение 2,25 ч.The closest to the invention in terms of technological essence and the achieved result is a method of producing xylose and cellulose for chemical processing (RU 2512339, publ. 11/27/2012), including prehydrolysis of crushed birch wood with sulfur dioxide in an autoclave at a temperature of 140-145 ° C, liquid module 1 , 7-2.5 and a duration of 0.8-1.5 hours, separation of the dissolved hemicellulose hydrolyzate from solid pre-hydrolyzed biomass, sulphate cooking of pre-hydrolyzed birch wood at a temperature of 170 ° C for 2.25 hours.

Недостатки указанного способа заключаются в невысоком выходе ксилозы (43,6-44,0% от исходного содержания ее в древесине березы), низком выходе целлюлозы (35,7% от массы исходной щепы березы), в применении токсичного сернистого ангидрида на стадии предгидролиза измельченной березы, что предусматривает особую герметизацию производственного оборудования, эффективную вентиляцию помещения, индивидуальную защиту органов дыхания, в использовании нагретого пара, высоких температур и давлений на стадиях предгидролиза и варки, что требует специального оборудования, высоких энергетических затрат и соблюдения повышенных мер безопасности, а также в ограниченности ассортимента целевых продуктов.The disadvantages of this method are the low yield of xylose (43.6-44.0% of its initial content in birch wood), the low yield of cellulose (35.7% of the mass of the original birch wood chips), the use of toxic sulfur dioxide at the stage of prehydrolysis of ground birch, which provides for special sealing of production equipment, effective ventilation of the room, individual respiratory protection, the use of heated steam, high temperatures and pressures at the stages of prehydrolysis and cooking, which requires special equipment, high energy costs and compliance with increased safety measures, as well as the limited range of target products.

Задача изобретения заключается в разработке простого, экологически безопасного и экономичного способа переработки древесины березы с получением расширенного ассортимента ценных химических продуктов.The objective of the invention is to develop a simple, environmentally friendly and economical method of processing birch wood with obtaining an expanded assortment of valuable chemical products.

Технический результат предлагаемого изобретения:The technical result of the invention:

- расширен ассортимент ценных химических продуктов за счет дополнительного получения лигнинового сорбента из отработанного варочного раствора каталитической окислительной делигнификации древесины;- the assortment of valuable chemical products was expanded due to the additional production of a lignin sorbent from the spent cooking solution of catalytic oxidative delignification of wood;

- повышена экономическая эффективность за счет упрощения способа и увеличения ассортимента получаемых химических продуктов;- increased economic efficiency by simplifying the method and increasing the assortment of obtained chemical products;

- упрощены стадии предгидролиза и делигнификации древесины березы за счет их осуществления при атмосферном давлении и невысокой температуре;- simplified stages of prehydrolysis and delignification of birch wood due to their implementation at atmospheric pressure and low temperature;

- повышен выход и качество лигнинового сорбента за счет замены бикарбоната натрия на дистиллированную воду;- increased yield and quality of the lignin sorbent by replacing sodium bicarbonate with distilled water;

- повышен выход ксилозы и целлюлозы.- increased yield of xylose and cellulose.

Технический результат достигается тем, что в способе комплексной переработки древесины березы, включающем предгидролиз опилок древесины березы с получением ксилозы и делигнификацию предгидролизованной древесины с получением целлюлозы, согласно изобретению стадию предгидролиза древесных опилок проводят при атмосферном давлении водным раствором 2-3% мас. серной кислоты, при перемешивании, гидромодуле 8, температуре 100°С, в течение 3-5 ч, а стадию делигнификации древесного остатка осуществляют при температуре 100°С и атмосферном давлении водным раствором, содержащим 30% мас. уксусной кислоты, 4-5% мас. пероксида водорода и 2% мас. серной кислоты, при перемешивании, гидромодуле 10-15, в течение 3,5 ч, при этом из отработанного варочного раствора отгоняют уксусную кислоту, кубовый остаток разбавляют пятикратным объемом воды, затем осажденный лигнин экстрагируют дистиллированной водой при температуре 90°С, в течение 10 минут с получением лигнинового сорбента.The technical result is achieved by the fact that in the method of complex processing of birch wood, including prehydrolysis of sawdust of birch wood to obtain xylose and delignification of prehydrolyzed wood to produce cellulose, according to the invention, the stage of prehydrolysis of sawdust is carried out at atmospheric pressure with an aqueous solution of 2-3% wt. sulfuric acid, with stirring, hydromodule 8, a temperature of 100 ° C, for 3-5 hours, and the stage of delignification of the wood residue is carried out at a temperature of 100 ° C and atmospheric pressure with an aqueous solution containing 30% wt. acetic acid, 4-5% wt. hydrogen peroxide and 2% wt. sulfuric acid, with stirring, a hydromodule 10-15, for 3.5 hours, while acetic acid is distilled off from the spent cooking solution, the bottom residue is diluted with a five-fold volume of water, then the precipitated lignin is extracted with distilled water at a temperature of 90 ° C for 10 minutes to obtain a lignin sorbent.

В отличие от прототипа в предлагаемом изобретении предгидролиз древесины березы проводят при атмосферном давлении 740-760 мм рт.ст. (в прототипе 2710 мм рт.ст.), невысокой температуре 100°С (в прототипе 140-145°С), с использованием катализатора 2-3% серной кислоты (в прототипе сернистый ангидрид). Последующую окислительную делигнификацию полученного древесного остатка осуществляют при атмосферном давлении (в прототипе 5940 мм рт.ст.), температуре 100°С (в прототипе 170°С) водным раствором, содержащим 30% мас. уксусной кислоты, 4-5% мас. пероксида водорода и катализатор 2% мас. серной кислоты (в прототипе сульфатная варка). Кроме того, в предлагаемом изобретении из отработанного варочного раствора каталитической окислительной делигнификации дополнительно получают лигниновый сорбент (в прототипе лигнин удаляется со сточными водами).In contrast to the prototype in the present invention, prehydrolysis of birch wood is carried out at atmospheric pressure of 740-760 mm Hg (in the prototype 2710 mm Hg), a low temperature of 100 ° C (in the prototype 140-145 ° C), using a catalyst of 2-3% sulfuric acid (in the prototype sulfur dioxide). Subsequent oxidative delignification of the resulting wood residue is carried out at atmospheric pressure (in the prototype 5940 mm Hg), a temperature of 100 ° C (in the prototype 170 ° C) with an aqueous solution containing 30% wt. acetic acid, 4-5% wt. hydrogen peroxide and a catalyst of 2% wt. sulfuric acid (in the prototype sulfate cooking). In addition, in the present invention, a lignin sorbent is additionally obtained from the spent cooking liquor of catalytic oxidative delignification (in the prototype, lignin is removed with waste water).

В известных способах получения ксилозы из древесины березы (ЕР 1448801, US 8603295, US 5139617), включающих стадию предгидролиза древесины разбавленными растворами минеральных кислот, используют повышенные температуры и давления, обработку острым паром. В известном способе получения целлюлозы (RU 2490384) в качестве сырья используют щепу мягкой древесины осины, а варку проводят при температуре 90-98°С, атмосферном давлении, интенсивном перемешивании в смеси, содержащей 25,2-26,7% мас. уксусной кислоты, 3,9-5,6% мас., пероксида водорода, в присутствии сернокислотного катализатора 2% от массы щепы. В предлагаемом же способе используют древесину березы, которая характеризуется наличием значительных количеств гемицеллюлоз и высокой плотностью, что затрудняет процесс получения целлюлозного продукта. В целлюлозно-бумажной промышленности древесина березы для получения целлюлозы практически не используется. Благодаря данным отличительным признакам удалось:In known methods for producing xylose from birch wood (EP 1448801, US 8603295, US 5139617), including the stage of prehydrolysis of wood with dilute solutions of mineral acids, use elevated temperatures and pressures, treatment with direct steam. In the known method for producing cellulose (RU 2490384), aspen raw materials are used aspen softwood chips, and cooking is carried out at a temperature of 90-98 ° C, atmospheric pressure, vigorous stirring in a mixture containing 25.2-26.7% wt. acetic acid, 3.9-5.6% wt., hydrogen peroxide, in the presence of sulfuric acid catalyst 2% by weight of wood chips. In the proposed method, birch wood is used, which is characterized by the presence of significant amounts of hemicelluloses and high density, which complicates the process of obtaining a cellulosic product. In the pulp and paper industry, birch wood for pulp is practically not used. Thanks to these distinguishing features, it was possible to:

- расширить ассортимент ценных химических продуктов за счет дополнительного получения лигнинового сорбента, выделяемого из отработанного варочного раствора каталитической окислительной делигнификации древесины;- to expand the range of valuable chemical products due to the additional production of lignin sorbent released from the spent cooking solution of catalytic oxidative delignification of wood;

- повысить экономическую эффективность за счет упрощения способа и увеличения ассортимента получаемых химических продуктов;- to increase economic efficiency by simplifying the method and increasing the assortment of obtained chemical products;

- упростить способ за счет осуществления стадий предгидролиза и делигнификации древесины березы при атмосферном давлении и невысокой температуре;- to simplify the method by carrying out the stages of prehydrolysis and delignification of birch wood at atmospheric pressure and low temperature;

- повысить выход ксилозы до 77,1% мас. (в прототипе 44,0% мас.) и целлюлозного продукта до 45,0% мас. (в прототипе 35,7% мас.);- increase the yield of xylose to 77.1% wt. (in the prototype 44.0% wt.) and cellulose product up to 45.0% wt. (in the prototype 35.7% wt.);

- повысить выход лигнинового сорбента до 85,6% мас. (в патенте RU 2471550 - 76,1% мас.) и его качество: адсорбцию по 12 - до 43,2%, адсорбцию по метиленовому синему - до 92,0 мг/г, адсорбцию по желатину - до 223,5 мг/г (в патенте RU 2471550 - 39,0%, 89,6 мг/г, 183,0 мг/г соответственно).- increase the yield of lignin sorbent to 85.6% wt. (in the patent RU 2471550 - 76.1% wt.) and its quality: adsorption 12 - up to 43.2%, adsorption on methylene blue - up to 92.0 mg / g, adsorption on gelatin - up to 223.5 mg / g (in the patent RU 2471550 - 39.0%, 89.6 mg / g, 183.0 mg / g, respectively).

Изобретение поясняется рисунком, на котором представлена схема комплексной переработки древесины березы в химические продукты (см. чертеж). Способ подтверждается конкретными примерами.The invention is illustrated in the figure, which shows a diagram of the integrated processing of birch wood into chemical products (see drawing). The method is confirmed by specific examples.

Пример 1. 10 г воздушно-сухих опилок березы фракции 2-5 мм помещали в трехгорлую круглодонную колбу из термостойкого стекла объемом 500 мл, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром. Затем приливали 80 мл водного раствора 2% мас. серной кислоты. Гидролиз гемицеллюлоз древесины проводили при атмосферном давлении, температуре 100°С, в течение 4 ч, при интенсивности перемешивания 14 об/с. По истечении заданного времени полученный гидролизат остужали до комнатной температуры, отфильтровывали на воронке Бюхнера на бумажном фильтре под вакуумом, переливали в бюкс, закрывали притертой крышкой и анализировали на газовом хроматографе «VARIAN-450». Пробу гидролизата предварительно подвергали дериватизации по методике [Ruiz-Matute A.I., Hernandez-Hernandez О., Rodriguez-Sanchez S., Sanz M.L., Martinez-Castro I. Derivatization of carbohydrates for GC and GC-MS analyses J. Chromatogr. B. - 2011. - V. 879. - P. 1226-1240.] с образованием триметилсилильных производных. Выход ксилозы составил 57,3% мас. от исходного содержания гемицеллюлоз в березе (см. табл.1). Древесный остаток высушивали в сушильном шкафу при температуре 103°С. Конверсию древесины определяли весовым методом с точностью ±2-3%.Example 1. 10 g of air-dried sawdust of birch fraction 2-5 mm were placed in a three-neck round-bottom flask made of heat-resistant glass with a volume of 500 ml, equipped with a stirrer, reflux condenser and thermometer. Then poured 80 ml of an aqueous solution of 2% wt. sulfuric acid. The hydrolysis of wood hemicelluloses was carried out at atmospheric pressure, a temperature of 100 ° C, for 4 hours, with a stirring intensity of 14 r / s. After a predetermined time, the resulting hydrolyzate was cooled to room temperature, filtered on a Buchner funnel on a paper filter under vacuum, poured into a bottle, closed with a ground lid and analyzed on a VARIAN-450 gas chromatograph. The hydrolyzate sample was previously derivatized according to the method of [Ruiz-Matute A.I., Hernandez-Hernandez O., Rodriguez-Sanchez S., Sanz M.L., Martinez-Castro I. Derivatization of carbohydrates for GC and GC-MS analyses J. Chromatogr. B. - 2011. - V. 879. - P. 1226-1240.] With the formation of trimethylsilyl derivatives. The yield of xylose was 57.3% wt. from the initial content of hemicelluloses in birch (see table 1). The wood residue was dried in an oven at a temperature of 103 ° C. Wood conversion was determined by the weight method with an accuracy of ± 2-3%.

Затем проводили окислительную делигнификацию древесного остатка в стеклянном реакторе, снабженном механической мешалкой и обратным холодильником. Раствор для делигнификации готовили из смеси ледяной уксусной кислоты, содержание которой составляло 30% мас., пероксида водорода 5% мас. и дистиллированной воды. В качестве катализатора использовали серную кислоту в количестве 2% от массы древесного остатка. В реактор с реакционным раствором вносили древесный остаток в количестве, оставшемся после проведения стадии предгидролиза и осуществляли его делигнификацию при 100°С, гидромодуле 15 и продолжительности 3,5 ч. Твердый целлюлозный продукт отделяли от варочного раствора фильтрованием на воронке Бюхнера, промывали до нейтральной реакции промывных вод, высушивали в сушильном шкафу СНОЛ-3,5 при температуре 103±2°С до достижения постоянной массы и анализировали. Массу образца считали постоянной, если разность между двумя последовательными взвешиваниями, проведенными через 6 ч высушивания, не превышала 0,1% массы испытуемого образца. Выход целлюлозного продукта составил 45,0% от массы воздушно-сухого древесного остатка после предгидролиза, а содержание в нем целлюлозы - 88,3%, остаточных гемицеллюлоз - 8,8% мас. и лигнина -1,2% мас. (см. табл. 2).Then, oxidative delignification of the wood residue was carried out in a glass reactor equipped with a mechanical stirrer and reflux condenser. The delignification solution was prepared from a mixture of glacial acetic acid, the content of which was 30% wt., Hydrogen peroxide 5% wt. and distilled water. As the catalyst used sulfuric acid in an amount of 2% by weight of wood residue. The wood residue was added to the reactor with the reaction solution in the amount remaining after the prehydrolysis step and delignified at 100 ° С, hydromodule 15 and duration of 3.5 hours. The solid cellulose product was separated from the cooking solution by filtration on a Buchner funnel, washed until neutral washing water, dried in a drying cabinet SNOL-3,5 at a temperature of 103 ± 2 ° C until a constant weight was achieved and analyzed. The mass of the sample was considered constant if the difference between two successive weighings carried out after 6 hours of drying did not exceed 0.1% of the mass of the test sample. The yield of cellulose product amounted to 45.0% by weight of the air-dry wood residue after prehydrolysis, and the content of cellulose in it was 88.3%, residual hemicellulose was 8.8% wt. and lignin -1.2% wt. (see tab. 2).

С целью выделения лигнина из отработанного варочного раствора на роторном испарителе отгоняли уксусную кислоту при температуре 50°С. К кубовому остатку добавляли пятикратный объем воды и осаждали лигнин. Для получения лигнинового сорбента осажденный лигнин с влажностью 75-80% обрабатывали при гидромодуле 2 в течение 10 минут горячей дистиллированной водой, нагретой до 90°С. Затем лигниновый сорбент отделяли от раствора фильтрованием и высушивали на воздухе. Выход лигнинового сорбента составил 76,6% мас.In order to isolate lignin from the spent cooking liquor, acetic acid was distilled off on a rotary evaporator at a temperature of 50 ° C. A five-fold volume of water was added to the bottom residue and lignin was precipitated. To obtain a lignin sorbent, precipitated lignin with a moisture content of 75-80% was treated with hydromodule 2 for 10 minutes with hot distilled water heated to 90 ° C. Then the lignin sorbent was separated from the solution by filtration and dried in air. The output of the lignin sorbent was 76.6% wt.

Примеры 2-5. Проводят аналогично примеру 1. Отличия заключаются в параметрах процессов предварительного гидролиза (продолжительность, концентрация H2SO4) и делигнификации (концентрация Н2О2, гидромодуль).Examples 2-5. Carried out analogously to example 1. The differences are in the parameters of the processes of preliminary hydrolysis (duration, concentration of H 2 SO 4 ) and delignification (concentration of H 2 O 2 , hydromodule).

Влияние концентрации сернокислотного катализатора и продолжительности стадии предгидролиза древесины березы на выход ксилозы и содержание основных компонентов в древесном остатке (температура 100°С, гидромодуль 8)The effect of the concentration of sulfuric acid catalyst and the duration of the prehydrolysis stage of birch wood on the xylose yield and the content of the main components in the wood residue (temperature 100 ° C, water module 8)

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Таким образом, предложен простой, экологически безопасный и экономичный способ комплексной переработки древесины березы с получением ксилозы, целлюлозы и лигнинового сорбента.Thus, a simple, environmentally friendly and economical method of complex processing of birch wood with the production of xylose, cellulose and lignin sorbent is proposed.

Claims (1)

Способ комплексной переработки древесины березы, включающий предгидролиз опилок древесины березы с получением ксилозы и делигнификацию предгидролизованной древесины с получением целлюлозы, отличающийся тем, что стадию предгидролиза древесных опилок проводят при атмосферном давлении водным раствором 2-3 мас.% серной кислоты, при перемешивании, гидромодуле 8, температуре 100°C, в течение 3-5 ч, а стадию делигнификации древесного остатка осуществляют при температуре 100°C и атмосферном давлении водным раствором, содержащим 30 мас.% уксусной кислоты, 4-5 мас.% пероксида водорода и 2 мас.% серной кислоты, при перемешивании, гидромодуле 10-15, в течение 3,5 ч, при этом из отработанного варочного раствора отгоняют уксусную кислоту, кубовый остаток разбавляют пятикратным объемом воды, затем осажденный лигнин экстрагируют дистиллированной водой при температуре 90°C, в течение 10 минут с получением лигнинового сорбента.A method of complex processing of birch wood, including prehydrolysis of sawdust of birch wood to obtain xylose and delignification of prehydrolyzed wood to obtain cellulose, characterized in that the stage of prehydrolysis of sawdust is carried out at atmospheric pressure with an aqueous solution of 2-3 wt.% Sulfuric acid, with stirring, hydromodule 8 at a temperature of 100 ° C for 3-5 hours, and the stage of delignification of the wood residue is carried out at a temperature of 100 ° C and atmospheric pressure with an aqueous solution containing 30 wt.% acetic acid oty, 4-5 wt.% hydrogen peroxide and 2 wt.% sulfuric acid, with stirring, a hydromodule 10-15, for 3.5 hours, while acetic acid is distilled from the spent cooking solution, the bottom residue is diluted with five times the volume of water, then the precipitated lignin is extracted with distilled water at a temperature of 90 ° C, for 10 minutes to obtain a lignin sorbent.
RU2016119484A 2016-05-19 2016-05-19 Method of complex processing of birch wood RU2620551C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016119484A RU2620551C1 (en) 2016-05-19 2016-05-19 Method of complex processing of birch wood

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016119484A RU2620551C1 (en) 2016-05-19 2016-05-19 Method of complex processing of birch wood

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2620551C1 true RU2620551C1 (en) 2017-05-26

Family

ID=58882624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016119484A RU2620551C1 (en) 2016-05-19 2016-05-19 Method of complex processing of birch wood

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2620551C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740098C1 (en) * 2020-06-30 2021-01-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова" Method for hydrolysis of hemicelluloses of plant materials for producing xylose solutions

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1194282A3 (en) * 1977-08-31 1985-11-23 Бау-Унд Форшунгсгезельшафт Термоформ Аг (Фирма) Method of decomposing lignocellulose material
RU2219048C1 (en) * 2002-09-11 2003-12-20 Институт химии и химической технологии СО РАН Method of reprocessing species of pavifoliate wood in valuable organic products

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1194282A3 (en) * 1977-08-31 1985-11-23 Бау-Унд Форшунгсгезельшафт Термоформ Аг (Фирма) Method of decomposing lignocellulose material
RU2219048C1 (en) * 2002-09-11 2003-12-20 Институт химии и химической технологии СО РАН Method of reprocessing species of pavifoliate wood in valuable organic products

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740098C1 (en) * 2020-06-30 2021-01-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова" Method for hydrolysis of hemicelluloses of plant materials for producing xylose solutions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SU1194282A3 (en) Method of decomposing lignocellulose material
Chen et al. Cellulose (dissolving pulp) manufacturing processes and properties: A mini-review
Saeed et al. Mass balances of components dissolved in the pre-hydrolysis liquor of kraft-based dissolving pulp production process from Canadian hardwoods
AU756976B2 (en) Method for separating lignocellulose-containing biomass
Yuan et al. Effect of alkaline pre-extraction of hemicelluloses and silica on kraft pulping of bamboo (Neosinocalamus affinis Keng)
US20060169430A1 (en) Method for producing pulp and lignin
JP2009114181A (en) Method of manufacturing solubilized lignin, raw material of saccharides and raw material of monosaccharides, and solubilized lignin
CA2969109C (en) Method of producing lignin with reduced amount of odorous substances
WO2011154847A2 (en) Methods for manufacturing paper fibers and bioethanol from lignocellulosic biomass
Jun et al. Hemicellulose extraction from aspen chips prior to kraft pulping utilizing kraft white liquor
US20160326203A1 (en) Method for extracting lignin
CN110230228A (en) The method of stalk coproduction cellulosic material, furfural and lignin
Jahan et al. Fractionation of rice straw for producing dissolving pulp in biorefinery concept
KR100694840B1 (en) Manufacturing method of mechanical pulp from cornstalk
Brienza et al. Enhancing lignin depolymerization via a dithionite-assisted organosolv fractionation of birch sawdust
US11624152B2 (en) Low energy production process for producing paper pulp from lignocellulosic biomass
BR112021007706A2 (en) extracting valuable components from shell
JPS58502155A (en) Method of delignification of wood and other lignocellulose products
RU2620551C1 (en) Method of complex processing of birch wood
US11306113B2 (en) Process for the production of cellulose, lignocellulosic sugars, lignosulfonate, and ethanol
Jedvert et al. Analyses of wood components in mild steam explosion liquors from spruce
Johakimu et al. Fractionation of organic substances from the South African Eucalyptus grandis biomass by a combination of hot water and mild alkaline treatments
Martinsson From residues to resource-pretreatment and pulping of forest residues in a biorefinery concept
RU2590882C1 (en) Method of producing cellulose
Trembus et al. USED PULPING LIQUORS APPLICATION IN ОXIDATIVE–ORGANOSOLVENT TECHNOLOGY OF STRAW CELLULOSE PRODUCTION