RU2767004C1

RU2767004C1 - Способ получения целлюлозы

Info

Publication number: RU2767004C1
Application number: RU2021106440A
Authority: RU
Inventors: Тимур Рустамович Дебердеев; Александр Анатольевич Александров; Ксения Сергеевна Момзякова; Олег Васильевич Михайлов; Зимфира Талгатовна Валишина; Альберт Владимирович Канарский; Рустам Якубович Дебердеев; Олег Владиславович Стоянов
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2022-03-16

Abstract

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и предназначено для получения целлюлозы для химической переработки, продуктов на основе целлюлозы, в том числе порошковой целлюлозы, из растительного сырья. Способ получения целлюлозы включает варку измельченного растительного сырья с раствором пероксида водорода в присутствии многокомпонентного катализатора. В качестве многокомпонентного катализатора используют смесь вольфрамовой кислоты или ее соли, молибденовой кислоты или ее соли и третьего компонента при концентрации компонентов в растворе 0,02-0,04:0,02-0,04:0,03-0,06 моль/л, соответственно. В качестве третьего компонента катализатора берут пероксомоносерную кислоту. Процесс осуществляют при температуре 70-80°С в течение 1,25-2 часов. Изобретение позволяет улучшить качество целлюлозы: увеличить показатель альфа-целлюлозы на 1,4%, снизить содержание лигнина на 0,5%, уменьшить время процесса варки до 2-х часов и снизить расход пероксида водорода до 22%. 1 табл., 11 пр.

Description

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и предназначено для получения целлюлозы для химической переработки, продуктов на основе целлюлозы, в том числе порошковой целлюлозы, из растительного сырья.

Известен способ получения высокооблагороженной древесной целлюлозы, включающий водный или кислотный предгидролиз, сульфатную варку, отбелку, щелочное облагораживание и сушку, см. Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы, в 3-х томах, Т. 2. Производство сульфатной целлюлозы. М.: Лесная промышленность, 1990. - С 229.

Недостатком данного способа является многостадийность и продолжительность процесса, а также использование сульфида натрия для делигнификации древесины при сульфатной варке, что приводит к образованию в сточных водах токсичных веществ (серосодержащих и фенольных соединений) и создает неблагоприятную санитарно-гигиеническую обстановку.

Известен способ получения целлюлозы из древесного сырья, включающий варку измельченного растительного сырья с раствором пероксида водорода при температуре 30-160°С в присутствии катализатора в среде органических кислот, в качестве катализатора используют вольфрамовую кислоту или ее соль или молибденовую кислоту или ее соль в количестве 0,1-10,0% от массы сырья в течение 0,2-4 часа см. SU Авторское свидетельство №699064, МПК D21C 3/02, 1979.

Недостатками известного способа являются низкая его эффективность из-за пониженной интенсивности и селективности процесса, поскольку каждое из перечисленных соединений в отдельности не проявляет достаточной каталитической активности по отношению к процессу делигнификации. Металлы переменной валентности ускоряют побочные реакции разложения пероксида водорода с образованием воды и с образованием кислорода, что вызывает повышенный его расход для достижения необходимой глубины процесса делигнификации.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения целлюлозы, включающий варку измельченного растительного сырья - древесных опилок с раствором пероксида водорода в присутствии многокомпонентного катализатора, в качестве многокомпонентного катализатора используют смесь вольфрамовой кислоты или ее соли, молибденовой кислоты или ее соли и серной кислоты при концентрации компонентов в растворе 0,02-0,04:0,02-0,04:0,03-0,06 моль/л, соответственно, процесс осуществляют при температуре 85°С в течение 3,5 часов, см. RU Патент №2206654, МПК D21C 3/04 (2000.01), 2003.

Недостатком данного способа является недостаточное качество целлюлозы за счет завышенного содержания остаточного лигнина и недостаточной массовой доли альфа-целлюлозы, продолжительность технологического процесса, а также высокий расход пероксида водорода в ходе процесса.

Технической проблемой является улучшение качества целлюлозы, уменьшение времени ее получения, уменьшение расхода пероксида водорода при проведении технологического процесса.

Техническая проблема улучшения качества целлюлозы, уменьшения времени ее получения, уменьшения расхода пероксида водорода решается способом получения целлюлозы, включающим варку измельченного растительного сырья с раствором пероксида водорода в присутствии многокомпонентного катализатора, в качестве многокомпонентного катализатора используют смесь вольфрамовой кислоты или ее соли, молибденовой кислоты или ее соли и третьего компонента при концентрации компонентов в растворе 0,02-0,04:0,02-0,04:0,03-0,06 моль/л, соответственно, согласно изобретению в качестве третьего компонента катализатора берут пероксомоносерную кислоту, а процесс осуществляют при температуре 70-80°С в течение 1,25-2 часов.

Решение технической задачи позволяет улучшить качество целлюлозы: увеличить показатель альфа-целлюлозы на 1,4%, снизить содержание лигнина на 0,5%, а также позволяет уменьшить время процесса варки до 2-х часов и снизить расход пероксида водорода до 46%.

При использовании многокомпонентного катализатора проявляется больший эффект окисления лигнина, чем при использовании эквивалентного количества каждого из катализаторов в отдельности, а третий компонент стабилизирует пероксид водорода, что значительно снижает его потери в побочных реакциях разложения, при этом лигнин интенсивнее окисляется под действием трансформировавшего в активное состояние пероксида водорода.

Присутствие в варочном растворе многокомпонентного катализатора приводит к более полной делигнификации растительного сырья, см. данные в Таблице 1

Способ осуществляют следующим образом.

Измельченное растительное сырье подвергают варке с раствором пероксида водорода в присутствии многокомпонентного катализатора - вольфрамовой кислоты или ее соли, молибденовой кислоты или ее соли и пероксомоносерной кислоты при температуре 70-80°С. Продолжительность варки составляет 1,25-2 часа. Полученный после варки твердый остаток растительного сырья промывают водой и сушат.

Для лучшего понимания изобретения, приводим примеры конкретного выполнения:

Пример 1 по прототипу.

Вместо древесных опилок используют однолетнее растительное сырье - коноплю.

В стеклянный стакан вместимостью 250 см³ помещают 10 г предварительно измельченного растительного сырья - конопли, приливают 50 г варочного раствора, содержащего 13% пероксида водорода и 0,1 моль/л многокомпонентного катализатора, состоящего из 0,03 моль/л вольфрамовой кислоты, 0,03 моль/л молибденовой кислоты, 0,04 моль/л серной кислоты. Варку проводят при температуре 85°С в течение 3,5 часов. Полученную целлюлозу и расход пероксида водорода анализируют стандартными методами.

Пример 2 по заявляемому способу.

В качестве растительного сырья используют коноплю.

В стеклянный стакан вместимостью 250 см³ помещают 10 г предварительно измельченного растительного сырья - конопли, приливают 50 г варочного раствора, содержащего 13% пероксида водорода и 0,1 моль/л многокомпонентного катализатора, состоящего из 0,03 моль/л вольфрамовой кислоты, 0,03 моль/л молибденовой кислоты и 0,04 моль/л пероксомоносерной кислоты. Варку проводят при температуре 80°С в течение 1,5 часов. Полученную целлюлозу и расход пероксида водорода анализируют стандартными методами.

Пример 3 аналогичен примеру 2,

отличием является то, что варку проводят в течение 1,25 часа.

Пример 4 аналогичен примеру 2,

отличием является то, что варку проводят в течение 2 часов.

Пример 5 аналогичен примеру 2,

отличием является то, что варку проводят при температуре 70°С.

Пример 6 аналогичен примеру 2,

отличием является то, что варку проводят при температуре 75°С.

Пример 7 аналогичен примеру 2, отличием является то, что многокомпонентный катализатор состоит из 0,03 моль/л аммониевой соли вольфрамовой кислоты, 0,03 моль/л натриевой соли молибденовой кислоты и 0,04 моль/л пероксомоносерной кислоты.

Пример 8 аналогичен примеру 2, отличием является то, что многокомпонентнтный катализатор состоит из 0,02 моль/л аммониевой соли вольфрамовой кислоты, 0,02 моль/л натриевой соли молибденовой кислоты и 0,06 моль/л пероксомоносерной кислоты.

Пример 9 аналогичен примеру 2, отличием является то, что многокомпонентнтный катализатор состоит из 004 моль/л аммониевой соли вольфрамовой кислоты, 0,03 моль/л натриевой соли молибденовой кислоты и 0,03 моль/л пероксомоносерной кислоты.

Пример 10 аналогичен примеру 2, отличием является то, что многокомпонентнтный катализатор состоит из 0,03 моль/л аммониевой соли вольфрамовой кислоты, 0,04 моль/л натриевой соли молибденовой кислоты и 0,03 моль/л пероксомоносерной кислоты.

Пример 11 аналогичен примеру 2, отличием является то, что в качестве растительного сырья берут лен.

Долю израсходованного Н₂О₂ анализируют по ГОСТ 177-88;

Выход целлюлозы определяют по формуле:

Выход целлюлозы=(m_ц/m_в)*100%

где, m_ц - масса полученной целлюлозы;

m_в - масса исходного измельченного растительного волокна;

Содержание альфа-целлюлозы анализируют по ГОСТ 595-79;

Содержание лигнина анализируют по ГОСТ 11960-79;

Режимные условия осуществления способа получения целлюлозы, содержание компонентов в катализаторе, доля израсходованного пероксида водорода, выход целлюлозы, содержание альфа-целлюлозы, содержание лигнина приведены в Таблице 1.

H₂WO₄ - вольфрамовая кислота

Н₂МoО₄ - молибденовая кислота

H₂SO₄ - серная кислота

(NH₄)₂WO₄ - аммониевая соль вольфрамовой кислоты

Na₂MoO₄ - натриевая соль молибденовой кислоты

H₂SO₅ - пероксомоносерная кислота.

Как видно из примеров конкретного выполнения, совокупность признаков заявленного способа позволяет улучшить качество целлюлозы: увеличить показатель альфа-целлюлозы на 1,4%, снизить содержание лигнина на 0,5%, а также позволяет уменьшить время процесса варки до 2-х часов и снизить расход пероксида водорода до 22%.

Claims

Способ получения целлюлозы, включающий варку измельченного растительного сырья с раствором пероксида водорода в присутствии многокомпонентного катализатора, в качестве многокомпонентного катализатора используют смесь вольфрамовой кислоты или ее соли, молибденовой кислоты или ее соли и третьего компонента при концентрации компонентов в растворе 0,02-0,04:0,02-0,04:0,03-0,06 моль/л, соответственно, отличающийся тем, что в качестве третьего компонента катализатора берут пероксомоносерную кислоту, а процесс осуществляют при температуре 70-80°С в течение 1,25-2 часов.