Способ обработки гидролизного лигнина

(51)5 С 07 О 1/О ОПИСАН ЕТЕНИ и лигнипособам а, и мокой проных для измельчения,при одноврем ности процесс Поставлен гидролизный обрабатывают гидравлическ пульсных раИзобрет на и его прои переработки жет быть ис мышленност. народного ко Целью и ние качестваактива енном а его и ная це лигнин при и х удар рядов повыш тонко ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Иркутский институт органической химии СО АН СССР и Сибирский институтземного магйетизма; ионосферы и распространения радиоволн(56) АрааНИца А,СГрОМОВа 1 У 1.Ф, И др, Влияние механической обработки на свойствагидролизного лигнина, как наполнитвляэластомеров. - Химия древесины, 1990, М 3,с. 76-80,Каэарновский А,м Раскин 1 У 1,Н, и др,Способ получения лигниновой муки для наполнения высокополимвров, Гидролизнаяи лесохимическая промышленность, 1979,М 2, с, 12-14,Делкова К,К., Зафранский Ю.И, и др,Активирование гидролизного лигнина наультразвуковой гидродинамической установке, В сб.: Физика, химия и химическаятехнология. Красноярск. 1969, с, 270-273,Делкова К,К Зафранский Ю.И, и др,Активирование гидролизного лигнина ультразвуком, В сб,: Физика, химия и химическая технология. Красноярск, 1969,с. 266-269. ние относится к хими зводных, а именно к г гидролизного лигнипользовано в химичвс и при получении цен эяйства продуктов,зобретения являетсяпродукта за счет его Ц 18103(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ГИДРОЛГО ЛИГНИНА(57) Использование изобретения; в качестве промежуточного продукта. Сущность изобретения; способ обработки гидролизного лигнина суспендированием в воде, иэмельчением электрогидравлическим ударом и разделением на твердый и жидкий компонент, позволяющий освободитьцелевой продукт от примесей (зольные элементы, моносахариды, минеральные и органические кислоты, низкомолекулярные фенольные соединения), 1 табл,ции, обеэзоливдния, увеличении эффективроизводства,ь достигается тем, что суспендирует в воде, омощи серии электро в - сильноточных имв водно-пигниновойсуспепзии и разделяют суспензию на жидкую и твердую фазы.Заявляемый способ реализуется с помощью устройства, состоящего из генератора импульсного тока (ГИТ), подключенного через соединительные шины к жидкостной разрядной ячейке. Жидкостная разрядная ячейка представляет собой сосуд, в который введены электроды, один иэ которых может быть соединен с корпусом сосуда,Ячейка предварительно заполняется водно-лигниновой суспензией так, чтобы оба электрода оказались погруженными в ней,При приложении разности потенциала к столбу водно-лигниновой суспензии и обеспечивании необходимых условий достаточной величины и скорости нарастания Разности потенциалов, малого сопротивления источника тока и тд.) формируется электрогидравлический удар (ЭГУ) - в канале разряда, возникающего при импульсном пробое суспенэии, происходит быстрое выделение значительной энергии и образуется плазма с температурой до 14 К, которая затем расширяясь генерирует ударные и мощные звуковые волны с гидростатическим давлением до 10 - 10 МПа. ЭГУ сог зпровождается протеканием различных плазмохимических и химических реакций,Длительность ЭГУ 1 т, где г - время зарядки конденсатора ГИТ до необходимого напряжения, По окончании разряда конденсатора и зключении разрядника процесс повторяется через время т,Данный способ не требует предварительной сушки гидролизного лигнина, поскольку ЭГ-обработки производится при комнатной температуре, то, соответственно, не требуется предварительный подогрев суспензии до более высоких температур, Предлагаемый способ не требует применения химических реагентов и не приводит к появлению опасных с точки зрения экологии отходов, в том числе пылевых. выбросов.После завершения обработки водной лигниновой суспензии серией ЭГУ производится отделение водной фазы ог суспендированных твердых частиц,Получаемый твердый продукт представляет собой мелкодисперсный коричневый порошок лигнина со степенью дисперсности, достаточной для его использования в качестве наполнителей эластомеров или дальнейшего получения активированных углей. При этом сам продукт представляет активированный лигнин, поскольку содержание в нем гидроксильных групп в 1,5-2 раза больше, чем в техническом гидролизном лигнине, Зольность лигнина после ЭГ-обработки уменьшается в 5 - 10 раз, что также обеспечивает высокую ценность этого продукта для получения активированных углей, Кроме того продукт получаемый по предлагаемому способу, не содержит водорастворимых веществ (моносахаридов, органических и минеральных кислот, низко- молекулярных фенольных соединений), которые входят в состав технического гидролизного лигнина, Таким образом по своему химическому составу лигнин после обработки серией ЭГУ существенно отличается от лигнинов, получаемых другими изве. стными способами обработки. Водный раствор, получаемый после ЭГобработки представляет собой слабокислый раствор. с РН 2 - 3, в котором содержатся 20 продукты перешедшие из технического лигнина, В состав растворенных продуктов входят, глюкоза, органические (муравьиная, уксусная и др.) кислоты, низкомолекуляр. ные фенольные соединения (фенол, гваякол,о-;м-крезолы, ванилиновая, пирокатехиновая и диоксибензойная кислоты, ванилин, о-метаксибензальдегид, глицериновый альдегид), а также минеральные соли.Химический состав раствора, который 30 включает глюкозу с концентрацией 0,20,4% и фурфурол с концентрацией меньше 0,01%, позволяет использовать его в качестве субстрата для получения биомассы,35 П р и м е р 1, Электрогидравлическаяустановка состоит из емкостного накопителя (емкость С 1-5 мкф), подключенного через управляемое разрядное устройство и токоподводы к разрядной камере объемом 40 1,5 л. Разрядную камеру заполняем воднойлигниновой суспензией с концентрацией абсолютно сухого технического гидролизного лигнина 32 г/л, Технический гидролизный лигнин Зи-минского гидролизного завода) представляет гетеродисперсную систему с размером частиц от 5 мм до нескольких микрон, По химическому составу это сложный комплекс веществ, включающий малореакционно-способную макромолеку лярную сетку лигнина (60 - 65%), трудногидролизуемые полисахариды 10-15%), вещества экстрагируемые смесью этанола и бензола (20-25%), зольные элементы (5- 6%), органические вещества экстрагируе мые водой (4-5%), Обработка воднойлигниновой суспензии в разрядной камере проводится серией электрогидравлических ударов, возникающих при разряде емкостного накопителя (напряжение зарядки конденсатора Оо = 30-40 кВ) в течение 2-5 мин.Обработанная суспензия разделялась на жидкую и твердую компоненты фильтрованием.Гранулометрический состав твердой фазы проводился с помощью ситового ана. 5 лиза, Содержание углерода, водорода, зольных .элементов определялось с помощью количественного элементного микроанализа, а содержание ОН-групп - по методу Верлея. 10Для определения компонентного состава водорастворимых веществ проводилась экстракция водного раствора диэтиловым эфиром, что позволило выделить эфироизвлекаемые вещества (ЭКВ) и эфиронеизвле . каемые продукты (ЭНП), Из ЭКВ методом дробной экстракции диэтиловым эфиром при различных рН выделены фракции; фенолов, фенол-карбоновых кислот и нейтральных веществ, С помощью колоночной 20 хроматографии, тонкослойной хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии в них были идентифицированы: фенол,гваякол,о-,м-крезолы,ванилиновая, пирокатехиновая, 2,4-диоксибензойная 25 кислоты, ванилин, о-метоксибензальдегид, фурфурол, глицериновый альдегид.В составе ЭНП методами бумажной и высокоэффективной жидкостной хроматографии идентифицирована глюкоза, Другие 30 моносахара, а также поли- и олигосахариды не обнаружены. Кроме глюкозы, в состав ЭНП входят минеральные соли 30 - 50;4 от массы ЭНП). Методами рентгеноспектрального и атомно-адсорбционного анализа ус тановлено наличие солей; Са, Ее, йа, Ва, Зг, А 1,а также В, Доминирующим элементом является Са, Содержание остальных элементов на 2-3 порядка меньше.40Данные по гранулометрическому. и элементному составу твердого лигнинового продукта, содержанию в нем ОН-групп, а также содержание ЭКВ и ЭНП в водном растворе представлены в,таблице. 45 П р и м е р 2. Водная суспензия с концентрацией технического гидролизного лигнина 65 г/л обработана по примеру 1,П р и м е р 3, Водная суспензия с концентрацией технического гидролизного лигнина 100 г/л обработана по примеру 1,П р и м е р 4, Водная суспензия с концентрацией технического гидролизного лигнина 140 г/л обработана по примеру 1.Данные для примеров 2-4 по гранулометрическому и элементному составу твердого лигнинового продукта, содержание ЭКВ и ЭНП в водном растворе, полученные согласно примеру 1 представлены в таблице,Сопоставление результатов, полученных в примерах 1 - 4, и характеристик технического гидролизного лигнина( см. таблицу) показывает, что при обработке серией ЭГУ суспензий с различной концентрацией лигнина обеспечивает его тонкое измельчение (доля частиц с размером больше 0,5 мм уменьшается в 4-20 раз, а частиц с размером меньше увеличивается в 2 - 3 раза). При этом происходит активация лигнина, его обеззоливание и освобождение от водорастворимых органических продуктов, Состав этих продуктов в примерах 1-4 качественно подобен. Содержание в них редуцирующих веществ 0,2%, фурфурола - до 0,01%, что позволяет в принципе использовать водный раствор для получения биомассы.Таким образом обработка водных суспензий гидролизного лигнина серией электрогидравлических ударов обеспечивает получение продукта с новыми качественными свойствами. При этом энергетические затРаты в УсловиЯх, используемых в пРимеРах 1 - 4, составляют 30 Дж/см, что на 3 порядка меньше энергозатрат при обработке ультразвуком.Формула изобретения Способ обработки гидролизного лигнина, включающий суспендирование гидролизного лигнина в воде, его измельчение и разделение суспензии на твердый и жидкий компоненты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества продукта, эффективности измельчения продукта и активации гидролизного лигнина, водно-лигниновую суспензию обрабатывают серией электрогидравлических ударов,СС оО..О л С О О О Э Э И " с. о с ): Х - х Э Е Э Я о о / с" 2 й О х ББ с 1ь с о 3 о о сч оо Л о сч оЖо ОО 1 Щ с с; Х Б О ОщХ Щ д З о д с.Эо: ОЭя х с О .Д ХО СОШоаэФ Бо спОо М Е Х й о О. Э Е И О 3 О. Ф к - с, -.о о с Щ - О о о )Я Б с Ф Т Б О Ф Е о С х Щ аК 1ХЭБо ас 1810351 с о о ст,ОсО Л о г- о о оо.о ч.,оф .е ут Я ссчь "о о с- сч о ю сО Ю сО сО М 1 сС 1- О - Л - .- со - сч СС СО СС СС Л о ифс; ою с с) - сс сч с. Л Ф с 1 Ю - О О) О ф Оъ С СЧ % % % сс В О.") фФсч оо г - сч сч сч ф сч счсч сч