Способ получения азотсодержащего производного гидролизного лигнина

 

Изобретение касается химической переработки растительных материалов , в частности получения азот-- содержащего производного гидролизного лигнина (АГЛ), используемого для сорбции анионов тяжелых металлов из сточных вод. Для обеспечения лучшей сорбционной емкости в отношении анионов тяжелых металлов в способе предусматривается обработка в определенной по рН среде. Получение АГЛ ведут обработкой исходного технического лигнина водным раствором -Цд -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 WO показывает, что статистическая емкость МоО составляет 78,67 мг/г или 0,82 ммоль/г, динамическая емкость 51,08 мг/г или 0,53 ммоль/г, а для 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. с (Л ь 00 05 О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 07 G 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ 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-сор2 бента анионов, например, МоО или

МО показывает, что статистическая ем t

2 кость NOO составляет 78,67 мг/г

4 или 0,82 ммоль/г, динамическая ем- кость 51,08 мг/г или 0 53 ммоль/г, -2 а для MO 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.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3718195/31-04 (22) 27.03.84 (46). 30.01.87. Бюл. № 4 (71) Уральский политехнический институт им. С.N. Кирова и Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта (72) А.Ф. Никифоров, В.Г. Верхановский, О.В. Локай, В.И. Аксенов и В.В. Пушкарев (53) 547.992.3.07(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1010066, кл. С 07 G 1/00, 1981. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТСОДЕРЖАЩЕГО ПРОИЗВОДНОГО ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА (57) Изобретение касается химической переработки растительных материалов, в частности получения азотсодержащего производного гидролизного лигнина (АГЛ), используемого для сорбции анионов тяжелых металлов из сточных вод, Для обеспечения лучшей сорбционной емкости в отно„.Я0„„1286601 А1

1 12

Изобретение 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 вод.

Цель изобретения повышение сорбционной емкости азотсодержащего производного гидролизного лигнина в отношении анионов тяжелых металлов.

Это достигается использованием определенной по рН среды для обработки исходного лигнина.

Пример 1. В стеклянную кол= бу на 250 мл последовательно вводят

2 г воздушно-сухого технического гидролизного лигнина и 100 мл воднощелочного раствора алкилтриметиламмонийхлорида (АТМ) с концентрацией

10 г/л, имеющего рН 10,0 (добавление

0,1 н. раствора NaOH или 20-25K-ного раствора NH OH). Колбу закрывают

4 плотно пригнанной резиновой пробкой.

Вещества, периодически перемешивая

У 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 концентраций Мо0,, 50—

200 мг/г. Рассчитанное по уравнению

Лэнгмюра значение статической емкости сороента составляет 78,67 мг/г или 0,82 ммаль/г. Динамическая емкость сорбента составляет 51,08 мг/г или 0,53 ммоль/г.

Пример 2. 2 r воздушно-сухоro технического гидролизного лигнина помещают в колбу емкостью 250 мл.

За "eM в колбу заливают 100 мл водно-щелочного раствора ATM с концентрацией 10 г/л, имеющего рН 12 (добавление 0,1 н. раствора NaOH или

20-25%-ного раствора NH OH). Колбу

Д 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 дистиллирован40

Пример 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 технического 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.

Пример 4. Динамическое исследование (2-я методика). Водные растворы солей тяжелых цветных металлов с исходной концентрацией ме86601 2 ной водой и сушат на воздухе при комнатной температуре. .Статическая емкость полученного сорбена по аниону MO, определенная способом по примеру 1, равна

84,21 мг/г или 1,65 ммоль/г, а динамическая сорбционная емкость по тому же аниону составляет 55,82 мг/г или 1,095 ммоль/г.

10 В предлагаемом способе активирования сорбента осуществляют обработку гидролизного лигнина водным раствором алкил-триметиламмонийхлорида с

fS концентрацией 5-10 г/л в присутствии щелочного реагента. Уменьшение концентрации АТМ (<5 г/л) приводит к уменьшению сорбционной емкости конечного продукта (2 раза). Это свя20 зано с тем, что не достигается полного насыщения сорбента ATM. Дальнейшее увеличение концентрации ATM (.>10 г/л) нецелесообразно из-за большого расхода модифицирующего реагента, что приводит к значительному снижению экономичности предлагаемого способа модификации.

Исследование сорбционных свойств активизированного азотсодержащего сорбента в отношении анионов тяжелых цветных металлов (в частности молибдена, вольфрама, ванадия) проводят в в статических (1-я методика) и динамических (2-я методика) условиях.

286601

5

15

25

45

3 1 таллов 190-200 мг/л и величиной рН 2-3 фильтруют через слой активированного сорбента (2 г модифицированного гидролизного лигнина, фракции 1,000-0,630 мм), загруженного в стеклянную колонку. площадью сечения 0,79 см . Скорость фильтрования

0,3-0,5 мл/мин. Температура 20+2 С.

Величины динамических емкостей сорбента определяют по выходным .кривым динамики сорбции.

При проведении повторных опытов не получают резко отклоняющихся результатов, что указывает на подчинение случайных ошибок измерения нормальному закону распределения вероятностей. Величина среднего квадратичного отклонения (8 = — 0,194 мг/г для молибдена) укладывается в пределы допустимого интервала (для молибдена 3,5 мг/г), что говорит о достоверности приводимых экспериментальных данных.

Сопоставление сорбционной емкости неактивизированного гидролизного лигнина,активизированного поизвестному и предлагаемому способам в отношении анионов молибдена и вольфрама приведено в табл. 1.

Оптимальная величина рН активизирующего сорбент раствора составляет

10-12.

В табл. 2 приведены экспериментальные данные по сорбции анионов тяжелых цветных металлов гидролизным лигнином, модифицированным водным раствором алкилтриметиламмонийхлорида при различных величинах рН раствора.

При меньшем значении щелочности (pH 8,0) не достигается эффекта полного насыщения сорбента АТМ, так как величина рН раствора недостаточная для перевода АТМ в полностью недиссоциированное состояние. Это приводит к значительному уменьшению сорбционной емкости конечного продукта в отношении анионов тяжелых цветных металлов. В более щелочной среде (рН ) 12) имеет место процесс частичного растворения сорбента, что делает его использование в процессах очистки производственных сточных вод малоэффективным.

Активизированный сорбент, полученный по предлагаемому способу, рекомендуется для сорбции анионов тяжелых цветных металлов, способных в кислых растворах образовывать поликислоты. К таким металлам относятся молибден, вольфрам, ванадий. Интервал величин рН 2-3 является оптимальным для процесса сорбции, соответствует наибольшей степени полимеризации поликислот, и в этих условиях имеет место максимальная степень извлечения анионов тяжелых цветных металлов из растворов модифицированным гидролизным лигнином (см. табл. 3) .

Зависимость степени извлечения анионов молибдена модифицированным гидролизным лигнином от рН раствоИо ра С „,„= 1,06 ммоль/л (исходная концентрация Мо), 1 ш) гл = 1 г/л, (количество лигнина), t = 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 поликислоты (в частности, для сорбции молибдена, вольфрама, ванадия).

Формула изобретения

Способ получения азотсодержащего производного гидролизного лигнина путем обработки исходного технического гидролизного лигнина водным раствором С, — С, -алкилтриметиламмонийхлоридом с концентрацией 5

10 г/л, отличающийся тем, что, с целью повышения сорбционной емкости целевого продукта в отношении 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) 2-4

7-10

3-5

2 ГЛ + щелочь

3 ГЛ+ ATM

22-26

14-18

4 ГЛ + щелочь +

+ ATM

80-85 52-58

П р и м е ч а н и е. ГЛ вЂ” технический гидролизный лигнин;

ATM — технический алкилтриметиламмонийхлорид общей формулы

ER(CH ) И)С1 где R— — алкил С -С с 1O . 16 концентрацией

5 — 10 г/л.

Таблица 2

Емкость (статическая), мг/г рН модифицирующего раствора

Сорбент

1 молибден вольфрам

ГЛ+щелочь+

+ATM

8,0

32, 25

34, 68

ГЛ+щелочь+

+АТИ

10-12

84,21

78,67

И

Примечание. С,„ — 1,94 ммоль/л (ис— ходная концентрация W) Т а б л и ц а — ю

1,0 1,95 2,1 2,4 3,0 4,05 5,1 5,95 рн

Степень извлечения

S, X

161524284804263401,7

1,7

ВНИИПИ Заказ 7681/24 Тираж 347

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4