Способ получения азотсодержащего производного гидролизного лигнина

(51)4 С 07 С 1 0 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЗОБРЕТЕНИ СПИ ИДЕТ ЕЛЬСТВ ОРСКО ическии ини Уральский титут инжен анспорта Г. Верхановс ксенов ьство СССР /00, 1981. АЗОТСОДЕРЖАЛИЗНОГО ЛИГается химиче ительных мат олучения азо ого гидролиз спользуемогояжелых металля обеспечениякости в отно(71) Уральский политехститут им. С.М. Кироваэлектромеханический инров железнодорожного т(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯЩЕГО ПРОИЗВОДНОГО ГИДРОНИНА(57) Изобретение каст кои переработки рас риалов, в частности содержащего производ ного лигнина (АГЛ), для сорбции анионов лов из сточных вод, лучшей сорбционной шенин анианов тяжелых металлов в способе предусматривается обработ; ка в определенной по рН среде. Получение АГЛ ведут обработкой исходного технического лигнина водным раствором С -С -алкилтриметиламмонийхлорида с концентрацией 5-10 г/л в присутствии щелочи при рН среды 10-12. Полученный продукт отделяют и сушат. Испытания АГЛ-сорбента анионов, например, МоО или ИО показывает, что статистическая ем кость МоО составляет 78,67 мг/г4или 0,82 ммоль/г, динамическая ем-кость 51,08 мг/г или 0,53 ммоль/г,-2а для И 04 статическая емкость 84,21 мг/г или 1,65 ммоль/л, динамическая 55,82 мг/г или 1,095 ммоль/ /л, против 22-26 мг/г и 14-18 мг/г соответственно для известного лигнина (без щелочи). Степень извлечения анионов из кислых растворов составляет 42,8-48 при рН 2, 1-2,4.3 табл.1 12Изобретение относится к химической переработке растительных материалов, в частности к усовершенствованному способу получения азотсодержащего производного гидролизного лигнина, используемого в качестве сорбента анионов тяжелых металлов из сточных водЦель изобретения повышение сорбционной емкости азотсодержащего производного гидролизного лигнина в отношении анионов тяжелых металлов. Это достигается использованием определенной по рН среды для обработки исходного лигнина.П р и м е р 1, В стеклянную кол= бу на 250 мл последовательно вводят 2 г воздушно-сухого технического гидролизного лигнина и 100 мл водно- щелочного раствора алкилтриметиламмонийхлорида (АТМ) с концентрацией 10 г/л, имеющего рН 10,0 (добавление 0,1 н. раствора ИаОН или 20-25 Е-ного раствора ИН ОН). Колбу закрывают4плотно пригнанной резиновой пробкой. Вещества, периодически перемешиваяУ выдерживают в контакте в течение 70 ч при 20 + 2 С и атмосферном давлении. Затем твердый продукт отделяют от раствора, промывают дистиллированной водой и сушат на воздухе при комнатной температуре.Используя полученный сорбент, снимают изотерму сорбционного выделения молибдат-иона из кислых водных растворов (рН 2-4) в диапазоне исходных концентрацийМоО 50 - 200 мг/г. Рассчитанное по уравнению Лэнгмюра значение статической емкости сорбента составляет 78,67 мг/г или 0,82 ммоль/г, Динамическая емкость сорбента составляет 51,08 мг/г или 0,53 ммоль/г. П р и м е р 2. 2 г воздушно-сухого технического гидролизного лигнина помещают в колбу емкостью 250 мл. Затем в колбу заливают 100 мл водно-щелочного раствора АТМ с концентрацией 10 г/л, имеющего рН 12 (добавление 0,1 н. раствора МаОН или 20-25%-ного раствора МН ОН). Колбу закрывают плотно пригнанной резиновой пробкой, Вещества, периодически перемешивая, выдерживают в контакте в течение 70 ч при т. 20+ + 2 С и атмосферном давлении. Полученный твердый продукт отделяют от раствора, промывают дистиллирован 40 45 50 55 П р и м е р З.Статистическое исследование (1-яметодика).В стеклянные колбы на 250 мл с резиновыми плотно пригнанными пробками последовательно вводят 100 мл водного раствора солей тяжелых цветных металлов (рН = 2-3) в диапазоне исходных концентрацией металлов 50-200 мг/л и 0,1 г воздушно-сухого техническо-. го гидролизного лигнина (фракция 1,000-0,630 мм), Сорбционные системы выдерживают в течение 2 ч при постоянном перемешивании раствора с помощью механической платформы ( 100 качаний в минуту), Затем фильтрат анализируют на остаточное содержание металлов в растворе.Величину статической емкости сорбента определяют графоаналитическим способом из изотерм сорбции Лэнгмюра,П р и м е р 4. Динамическое исследование (2-я методика); Водные растворы солей тяжелых цветных металлов с исходной концентрацией ме 86601 2ной водой и сушат на воздухе при комнатной температуре..Статическая емкость полученногосорбена по аниону Ю , определеннаяспособом по примеру 1, равна84,21 мг/г или 1,65 ммоль/г, а динамическая сорбционная емкость по тому же аниону составляет 55,82 мг/гили 1,095 ммоль/г.10 В предлагаемом способе активирования сорбента осуществляют обработКугидролизного лигнина водным раствором алкил-триметиламмонийхлорида с 15концентрацией 5-10 г/л в присутствиищелочного реагента. Уменьшение концентрации АТМ (5 г/л) приводит куменьшению сорбционной емкости конечного продукта (2 раза). Это связано с тем, что не достигается полного насыщения сорбента АТМ. Дальнейшее увеличение концентрации АТМ(,10 г/л) нецелесообразно из-забольшого расхода модифицирующегореагента, что приводит к значительному снижению экономичности предлагаемого способа модификации.Исследование сорбционных свойствактивизированного азотсодержащегосорбента в отношении анионов тяжелыхцветных металлов (в частности молибдена, вольфрама, ванадия) проводят вв статических (1-я методика) и динамических (2-я методика) условиях.286601 5 10 35 40 45 50 55 3 1таллов 190-200 мг/л и величинойрН 2.-3 фильтруют через слой активированного сорбента (2 г модифицированного гидролизного лигнина, фракции 1,000-0,630 мм), загруженногов стеклянную колонку площадью сечения 0,79 см. Скорость фильтрования0,3-0,5 мл/мин. Температура 20+2 С.Величины динамических емкостей сорбента определяют по выходным .кривымдинамики сорбции,При проведении повторных опытовне получают резко отклоняющихся результатов, что указывает на подчинение случайных ошибок измерениянормальному закону распределениявероятностей. Величина среднегоквадратичного отклонения ( 8 =- 0,194 мг/г для молибдена) укладывается в пределы допустимого интервала (для молибдена 3,5 мг/г), чтоговорит о достоверности приводимыхэкспериментальных данных,Сопоставление сорбционной емкости неактивизированного гидролизноголигнина,активизированного поизвестному и предлагаемому способам в отношении анионов молибдена и вольфрама приведено в табл. 1.Оптимальная величина рН активизирующего сорбент раствора составляет10-12.В табл. 2 приведены экспериментальные данные по сорбции анионовтяжелых цветных металлов гидролизным лигнином, модифицированным водным раствором алкилтриметиламмонийхлорида при различных величинах рНраствора.При меньшем значении щелочности(рН 8,0) не достигается эффекта полного насыщения сорбента АТМ, таккак величина рН раствора недостаточная для перевода АТМ в полностьюнедиссоциированное состояние. Этоприводит к значительному уменьшениюсорбционной емкости конечного продукта в отношении анионов тяжелыхцветных металлов. В более щелочнойсреде (рН ) 12) имеет место процессчастичного растворения сорбента, чтоделает его использование в процессах очистки производственных сточных вод малоэффективным.Активизированный сорбент, полученный по предлагаемому способу, рекомендуется для сорбции анионов тяжелых цветных металлов, способных вкислых растворах образовывать поликислоты. К таким металлам относятсямолибден, вольфрам, ванадий. Интервал величин рН 2-3 является оптимальным для процесса сорбции, соответствует наибольшей степени полимеризации поликислот, и в этих условияхимеет место максимальная степень извлечения анионов тяжелых цветныхметаллов из растворов модифицированным гидролизным лигнином (см.табл, 3). Зависимость степени извлечения анионов молибдена модифицированным гидролизным лигнином от рН раствоИора С, = 1;06 ммоль/л (исходная концентрация Мо), 1 ш 1 гл = 1 г/л; (количество лигнина),= 20 + 2 С представлена в табл, 3. Отработанный сорбент можно подвергать термической обработке, в результате которой получают легко утилизируемую золу, содержащую до 607 металлов, или же отработанный гидролизный лигнин можно применять в качестве намывного слоя в процессах механического обезвоживания осадков сточных вод. Таким образом, активизированный азотсодержащий сорбент, полученный по предлагаемому способу, может быть использован для сорбции анионов тяжелых цветных металлов, способных образовывать в кислых растворах по" ликислоты (в частности, для сорбции молибдена, вольфрама, ванадия). Формула изобретения Способ получения азотсодержащегопроизводного гидролизного лигнинапутем обработки исходного технического гидролизного лигнина воднымраствором С, - С, -алкилтриметиламмонийхлоридом с концентрацией 510 г/л, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения сорбционной емкости целевого продукта вотношении анионов тяжелых металлов,процесс проводят в присутствии щелочи при рН среды 10-12,286601 Таблица 1 Емкость, мг/л Сорбент Пример статическая динамическая 1 Гидролизный лигнин (ГЛ) 7-10 3-5 2 ГЛ + щелочь3 ГЛ + АТМ 22-26 14-18 4 ГЛ + щелочь +80-85 52-58 П р и м е ч а н и е. ГЛ - технический гидролизный лигнин; АТМ - технический алкил- триметиламмонийхлорид общей ФормулыК(СНз)зИС 1 где К- алкил С -С с10 , 16концентрацией5 - 1 0 г /л .Таблица 2 Емкость (статическая), мг/г рН модифицирующегораствора Сорбент 1 молибден вольФрам ГЛ+щелочь+ +АТМ 8,0 32,25 34, 68 ГЛ+щелочь+ +АТМ 10-12 84,21 78,67 ИПримечание. С, - 1,94 ммоль/л (исходная концентрация У) Таблица 1 0 1 95 2 1 2 4 3 0 4 05 5,1 5 95 рн Степень извлеченияЯ, Е 1,6 15,2 42,8 48,0 42,6 34,0 1,7 1,7 ВНИИПИ Заказ 7681/24 Тираж 347 Подписное Произв,-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4