Способ получения азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов

 

Изобретение относится к химической переработке древесины и может быть использовано для получения азотсодержащих удобрений и сорбентов на основе различных лигноуглеводных материалов. Способ заключается в том, что воздушно-сухой образец опилок древесины обрабатывают аммиачным раствором персульфата аммония при 20^oС, в качестве исходного лигнинсодержащего сырья применяют воздушно-сухой образец опилок целлюлозы и процесс ведут при интенсивном измельчении в течение 0,5-3,0 ч при содержании аммиака 0,25-2,5 г/г древесины. Изобретение обеспечивает использование лигноуглеводного материала, что позволяет удешевить технологический процесс, сократить продолжительность процесса, уменьшить расход азотсодержащего реагента и окислителя и значительно расширить технологическую базу. 5 табл.

Изобретение относится к области химической переработки древесины и может быть использовано для получения азотсодержащих удобрений и сорбентов на основе различных лигноуглеводных материалов.

Известны способы получения азотсодержащих производных лигнинов методом окислительного аммонолиза путем обработки исходного лигнинсодержащего сырья, например лигносульфоновых кислот или гидролизного лигнина, аммиаком и кислородом в автоклавах под давлением 5-50 атм. при 120-250^oС [авт. св. СССР 333156, авт. св. СССР 635104].

Основной недостаток данных способов - это проведение процесса в жестких условиях: при повышенных температуре и давлении, что приводит к снижению выхода продуктов и усложняет технологический процесс.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является способ получения азотсодержащих производных лигнина действием на лигнин избытка аммиачного раствора персульфата аммония при 20^oС в течение 1-5 суток (прототип) [авт. св. СССР 363710].

Основные признаки заявляемого изобретения, общие с прототипом: использование аммиачного раствора персульфата аммония в качестве азотсодержащего реагента и проведение процесса при температуре 20^oС.

Основными недостатками прототипа являются: длительность процесса свыше 100 ч, высокий расход азотсодержащих реагентов (7,3 г (NH₄)₂S₂O₈ и 8,9 г NН₃/г лигнинсодержащего сырья) и использование в качестве сырья только лигнина, которые устраняются в предлагаемом изобретении.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что воздушно-сухой образец лигноуглеводного материала (влажностью 6-8 %) совместно с азотсодержащими реагентами подвергают интенсивному механическому измельчению на шаровой ротационной мельнице при 20^oС в течение 0,5-3 ч.

Основным отличием от прототипа, обеспечивающим получение технического результата, является механический размол лигнинсодержащего сырья в присутствии персульфата аммония и 25%-ного водного раствора аммиака на шаровой ротационной мельнице, что позволяет сократить продолжительность процесса от 1-5 суток до 0,5-3 ч, и расход азотсодержащего реагента и окислителя (персульфат аммония) в 2-3 раза.

Кроме того, применение в качестве лигнинсодержащего сырья не лигнина, а лигноуглеводных материалов (древесины и различных растительных отходов) позволяет значительно расширить сырьевую базу и удешевить технологический процесс.

Преимущества в использовании лигноуглеводных материалов заключаются в том, что, во-первых, удешевляется конечный продукт, во-вторых, появляется возможность реализации безотходной технологии (все основные компоненты древесины: лигнин, целлюлоза, гемицеллюлозы подвергаются оксиаммонолизу и в дальнейшем используются), в-третьих, отпадает необходимость разделения лигноуглеводного комплекса древесины на лигнин и углеводную часть.

Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом. Навеску воздушно-сухих опилок лигноуглеводного сырья (фракция 0,4-0,75 мм) помещают в шаровую мельницу с 15 стальными шарами, разгоняемых ротором (300 об/мин).

Навеску 98%-ного персульфата аммония (в расчете 0,1-0,5 г О/г сырья) растворяют в соответствующем объеме 25%-ного водного раствора аммиака (из расчета 0,5-2,5 г NН₃/г сырья) и этим раствором пропитывают опилки сырья Затем реакционную смесь подвергают интенсивному механическому измельчению при 20^oС в течение 0,5-3 ч. После этого полученную пластичную массу выгружают из мельницы и отделяют от размалывающих тел. Продукты промывают 1 л воды и сушат на воздухе до постоянной массы.

В зависимости от условий обработки получаются высокомолекулярные продукты с выходом, близким к количественному, содержащие до 11,5% органически связанного азота. Около 20-30% связанного азота отщепляется в виде аммиака при кислотном и щелочном гидролизе, а остальное его количество прочно связано с древесиной. Азотсодержащие продукты частично деметоксилированы и содержат 2,1-8,3% карбоксильных групп.

Пример 1. В шаровую мельницу с 15 стальными шарами, разгоняемыми ротором (300 об/мин) помещают 1,0 г опилок древесины осины (фракция 0,4-0,75 мм) и вносят в камеру 1,5 г 98%-ного персульфата аммония (0,1 г О/г древесины), растворенного в 2,5 мл 25%-ного водного раствора аммиака (0,5 г NH₃/г древесины) и подвергают механическому измельчению в течение 0,5 ч при 20^oС. Выход азотсодержащего продукта составляет 97,4%. Содержание связанного азота 1,86%, а содержание СООН групп 2,54%.

Примеры 2-5 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при различной продолжительности механического измельчения (табл. 1).

Примеры 6-8 проведены в условиях, аналогичных примеру 5, но при различном количестве персульфата аммония (активного кислорода) (табл. 2).

Примеры 9-12 проведены в условиях, аналогичных примеру 2, но при различном количестве аммиака (табл. 3).

Для сравнения с прототипом проведены примеры 13-16 со сравнимым количеством аммиака (9 г/г сырья), но с использованием в качестве лигнинсодержащего сырья опилок древесины осины.

Пример 13. В коническую колбу емкостью 250 мл помещают 1,0 г опилок древесины осины (фракция 0,4-0,75 мм) и заливают 35 мл 25%-ного водного раствора аммиака (9,0 г NН₃/г древесины). Колбу охлаждают проточной водой и при перемешивании вносят 1,5 г 98%-ного персульфата аммония (0,1 г О/г древесины), следя, чтобы температура не поднималась выше 20^oС. Перемешивание продолжают периодически в течение 4 ч при этой температуре, а затем оставляют смесь на 20 ч. Осадок отфильтровывают, промывают 1 л воды и сушат на воздухе.

Выход продукта составляет 84,7%. Содержание связанного азота 4,51%, а содержание СООН групп 2,48%. Примеры 14-16 проведены в условиях, аналогичных примеру 13, но при различной продолжительности процесса (табл. 4).

Примеры 17-20 проведены в условиях, аналогичных примеру 5, но с использованием в качестве исходного сырья различных лигноуглеводных материалов (табл. 5).

Формула изобретения

Способ получения азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов, заключающийся в том, что лигносодержащее сырье обрабатывают аммиачным раствором персульфата аммония при 20^oС, отличающийся тем, что в качестве лигнинсодержащего сырья применяют воздушно-сухой образец опилок древесины и процесс ведут при интенсивном механическом измельчении в течение 0,5-3,0 ч при содержании аммиака 0,25-2,5 г/г древесины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2