Способ получения сорбента из лигноцеллюлозного сырья

 

Изобретение относится к способам получения сорбента из лигноцеллюлозного сырья. Сущность заявленного технического решения состоит в том, что получение сорбента осуществляют из радиализованного лигноцеллюлозного сырья. Предлагаемый способ обработки отходов лигноцеллюлозного сырья дает возможность получить высокоэффективный сорбент, по сорбционным свойствам сопоставимый с отечественным энтеросорбентом полифепан. По предлагаемому способу упрощается технология получения сорбента. В качестве сырья используются отходы натуральных природных биополимерных материалов.

Изобретение относится к способам получения изобретения из лигноцеллюлозного сырья.

Известен традиционный способ получения сорбента путем жесткого кислотного гидролиза лигноцеллюлозного сырья, получением технологического лигнина и его последующей щелочной варкой, обмывкой водой от растворимых компонентов, нейтрализацией уксусной кислотой, отмывкой водой от избытка уксусной кислоты, разрыхлением и расфасовкой продукта [1] Недостатком указанного способа является многостадийность, энерго- и материалоемкость процесса переработки лигноцеллюлозного сырья в сорбент.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения сорбента на основе древесных опилок, включающий обработку опилок водно-спиртовым раствором, дигексил-α-оксибутилфосфоната [2] Недостатком известного способа является то, что он не пригоден для применения в медицине, микробиологической и пищевой промышленности, а также невысокая сорбционная способность получаемого материала. Способ требует использования дорогостоящих свежеприготовленных химикатов, многостадийных и трудоемких ручных операций при приготовлении и перемешивании многокомпонентных смесей.

Целью данного изобретения является упрощение технологии получения сорбента из лигноцеллюлозного сырья, повышение экологичности процесса, расширение потребительских свойств сорбента.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что лигноцеллюлозное сырье предварительно подвергают окислительно- восстановительной деструкции путем облучения ионизирующей радиацией гамма-квантом или пучком ускоренных электронов до поглощенной дозы 40-200 кГр с последующим измельчением и промывкой водой или щелочью при концентрации 0,1-0,5% от растворимых компонентов в течении 0,5 24,0 ч при температуре 293-373 К.

В заявленном техническом решении природное лигноцеллюлозное сырье подвергается предварительной оптимальной радиационной окислительно-восстановительной деструкции. В этом способе 20-90% лигноцеллюлозного сырья после обработки ионизирубщей радиацией и последующего гидролиза переводят в низко-молекулярные водорастворимые фрагменты в виде полиокси-кислот и фенилпропановых кислот,обладающие комплексообразующими свойствами к ионам тяжелых металлов: Сu²⁺, Co ²⁺, Се ³⁺,vo²₂⁺ В предлагаемом способе решается задача полученного твердого нерастворимого сорбента из лигноцеллюлозного сырья, обладающего способностью сорбировать широкую гамму органических и неорганических соединений из водных растворов, биологических субстратов и т.д. Поэтому для сохранения механической прочности основы (матрицы) лигноцеллюлозного сырья при окислительно- восстановительной деструкции облучение ионизирующей радиацией ведут в интервале умеренных поглащенных доз 40-200 кГр Экспериментально установлено, что при облучении сырья до поглащенной дозы в интервале 50-150 кГр практически полностью разрушается лигноуглеводные связи, что способствует при последующем гидролизе удаления из лигноцеллюлозного сырья смолистых, белковых веществ и гемицеллюлоз. Кроме того, при дозах облучения 40-80 кГр сокращаются в 1,5-2 раза энергозатраты на механический помол лигноцеллюлозного сырья. По данным микроскопического анализа в сырье нарушается прочность клеточных оболочек. При дозе облучения 50 кГр молекулярная масса макромолекул целлюлозы в древесине уменьшается в -3 раза, 100 кГр 5-6 раз, 200 кГр 7-8 раз. Дальнейшее увеличение дозы облучения приводит к глубокой деструкции макромолекул и в сырье возрастает содержание нестабильных перекисных продуктов, способствующих деструкции макромолекул до олигомеров. Сорбционная способность образцов предлагаемого препарата зависит от размера частиц (смотри таблицу).

Фракция сорбента размерами 0,1-0,25 мм является основной и составляет 75-85 Поэтому она выбрана стандартной для оценки сорбционной способности предлагаемого препарата.

Способ пояснения следующими конкретными примерами.

Пример 1. Древесину березы с размером частиц 1-5 мм (опилки) облучили гамма-квантами кобальта 60 до поглащенной дозы 80 кГр при 293К, измельчали в дезинтеграторе 2 мин по фракции 0,1-0,25 мм и кипятили 0,5 ч при гидромодуле 5 в 0,1 растворе едкой щелочи (КОH), промывали горячей водой на воронке с полотняным фильтром до рH ≃ 6,5 в промывных водах. В раствор перешло 10% исходной навески. Влажную массу препарата отжали и провялили на воздухе по влажности 65% и оценивали показатели его сорбции метиленового синего и клеток Е·coli из водного раствора. Сорбционная способность образцов препарата составила по величине сорбции метиленового синего 56±5 мг/г и клеток Е·Coli 600±40 млн. клеток/г. Адсорбционная способность препарата из облученной древесины березы по метиленовому синему отвечает требованиям фармакопейной статьи ФС 42-2793-91, предъявляемым к медицинскому средству "Полифепан", производимому из технического лигнина. В отличие от препарата полифепан, имеющего темно-коричневый цвет, предлагаемый сорбент имеет белый цвет, что повышает его значение как медицинского средства.

Пример 2. Иллюстрирует применение опилок обработанных по способу, описанному в примере 1. Опилки древесины березы, подготовленные как описано в примере 1, использовали в качестве сорбента в колонке, через которую прогоняли горячий раствор с концентрацией агар-агара 0,85 При замере прозрачности студней, указанного выше раствора агар-агара до и после пропускания через колонку с предлагаемым сорбентом по стандартной методике ГОСТ 26 185-84, светопропускаемость при длине волны λ 670нм возрастала от 40 до 75% соответственно. Таким образом, после пропускания через колонку с предлагаемым сорбентом раствор агар-агара обесцвечивался. Этот пример показывает, что сорбент из радиализованных опилок березы хорошо сорбирует красящие вещества, содержащиеся в морской траве (водоросли анфелции), из которой извлекают агар-агар. Полифепан для этих целей не пригоден.

Пример 3. Опилки древесины сосны с размером частиц 1-5 мм облучали пучком ускоренных электронов с энергией 1,6 Мэв до поглащенной дозы 200 кГр, измельчали, кипятили в 0,5 растворе едкой щелочи и промывали горячей водой до рH= 5,5, как описано в примере 1. В раствор перешло 5% исходной навески. Полученный сорбент в виде нерастворимого остатка влажностью 65% показал сорбционную емкость метиленнового синего 63±8 мг/г.

Пример 4. Образцы соломы с размером частиц 5-10 мм гамма облучали до поглащенной дозы 80 кГр, измельчали, кипятили в воде 1 ч и промывали горячей водой до рH= 4,0, как описано в примере 1. В раствор перешло 12% исходной навески. Полученный препарат в виде нерастворимого остатка влажностью 62% показал сорбционную емкость метиленнового синего 40±10 мг/г.

Пример 5. Опилки древесины лиственницы с размером частиц 2-5 мм гамма-облучали до поглощенной дозы 50 кГр в бассейне выдержки отработанного ядерного топлива реакторов РБМК- 1000 при температуре 323К, измельчали в дезинтеграторе 3 мин до фракции 0,1-0,25 мм и выдерживали в воде при гидромодуле 8-24 ч и промывали горячей водой на воронке с полотняным фильтром до рH=5,0 в промывных водах. В раствор перешло 35% исходной навески. Сорбционная способность образцов препарата из древесины лиственницы составляла по величине сорбции метиленового синего 76±12мг/г и клеток Е·coli 800±100 мнл. клеток/г.

Пример 6. Сорбционный препарат был приготовлен как описано в примере 5. Далее к пробам добавлены 10% раствор мочевины до гидромодуля 6-7 и выдерживали его в герметичной упаковке при комнатной температуре 2-4 суток. После этого пробы отмывали горячей водой до рH=6,5-7,0, в промывных водах и анализировали на содержание связанного азота по стандартным методикам. Результаты анализа показали, что содержание связанного азота в препарате от 0,5% в исходной пробе (в перерасчете на условный белок) возрастало до 8-10% после сорбции мочевины из раствора.

Экспериментально установлено, что предлагаемый способ обработки отходов лигноцеллюлозного сырья дает возможность получить высокоэффективный сорбент, сопоставимый по сорбционным свойствам с одним из лучших известных на сегодняшний день отечественных энтеросорбентов полифепан. По предлагаемому способу упрощается технология получения сорбента, в качестве сырья используются отходы натуральных природных биополимерных материалов и в конечном итоге получаются препараты практически белого или слабоокрашенного цвета более привлекательные для потребителя. По предварительным оценкам себестоимости производства этеросорбента из древесного сырья по предлагаемому способу будет в 1,5-2,0 раза ниже себестоимости препарата полифепан, получаемого химическим методом из технического лигнина.

Список используемой литературы 1. В. П.Леванова. "Лечебный лигнин". Санкт-Петербург, Центр сорбционных технологий, 1992 г. с.136.

2. H.H. Аносова, Д.H.Медведев, Б.И.Егоров, H.М.Серегина, К.А.Харитонов, В.И.Кириллович. Способ получения сорбента на основе древесных опилок". А.С.N 402379 (СССP) Б.И. 1973 г. N42.

Формула изобретения

Способ получения сорбента из лигноцеллюлозного сырья путем проведения измельчения и частичного гидролиза лигноцеллюлозного сырья, отличающийся тем, что предварительно осуществляют облучение сырья ионизирующей радиацией до поглощенной дозы 40 200 кГр при температуре 293 323 К, а гидролиз ведут при 293 373 К в течение 0,5 24,0 ч в водных растворах с концентрацией щелочи 0,0 0,5%

РИСУНКИ

Рисунок 1