Способ карбоксиметилирования торфа


 


Владельцы патента RU 2446201:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Югорский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к способу карбоксиметилирования торфа с получением карбоксиметиловых эфиров торфа для использования их в качестве гуминовых ростостимулирующих препаратов и поверхностно-активных веществ, в частности буровых и флотационных реагентов. Торф обрабатывают раствором гидроксида натрия в изопропиловом спирте в течение 1-6 ч при 50-100°C. Затем его обрабатывают монохлоруксусной кислотой в течение 1-6 ч при 50-100°C. Полученный продукт обладает хорошей растворимостью в воде и водно-щелочных растворах. Способ позволяет уменьшить температуры щелочной обработки лигноуглеводного материала и расширить сырьевую базу для получения гуминсодержащих продуктов. 4 табл., 6 пр.

 

Изобретение относится к химической модификации торфа и предназначено для получения карбоксиметиловых эфиров торфа, которые могут быть использованы в качестве гуминовых ростостимулирующих препаратов и поверхностно-активных веществ (буровых, флотационных реагентов и т.п.).

Известно несколько способов карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов (древесины, недревесного растительного сырья), основанных на одной и той же реакции, но выполненных в различных модификациях. ЛУМ обрабатывают спиртовым (изопропиловый спирт) или водным растворами гидроксида натрия (с последующим отжимом или без него) и смешением полученных щелочных ЛУМ с твердым монохлорацетатом натрия [Маркин В.И., Базарнова Н.Г., Галочкин А.И. О взаимодействии лигноуглеводных материалов с монохлоруксусной кислотой // Химия растительного сырья. 1997. №1. С.26-28]. К недостаткам известных способов можно отнести использование в качестве сырья только целлюлозосодержащих материалов, большой расход реагентов и сравнительно жесткие условия процесса карбоксиметилирования (до 100°C).

Предлагаемый в изобретении способ карбоксиметилирования торфа совпадает с уже известными способами карбоксиметилирования целлюлозы и лигноуглеводных материалов только тем, что в его основе лежит та же реакция:

R-OH+Cl-CH2-COOH+NaOH→R-O-CH2-COOH+NaCl+Н2О

Соотношение реагентов, продолжительность и температура проведения реакции установлены в процессе оптимизации условий карбоксиметилирования торфа.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому способу карбоксиметилирования торфа является способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов путем обработки монохлоруксусной кислотой в присутствии NaOH в среде пропанола-2 [Патент РФ №2130947. Опубл. 27.05.1999. БИ №15].

Общими для прототипа и заявляемого изобретения являются такие признаки: химическая реакция, лежащая в основе способа карбоксиметилирования, и последовательность стадий при синтезе (обработка исходного материала сначала гидроксидом натрия, затем монохлоруксусной кислотой в среде пропанола-2).

Данное изобретение отличается от прототипа тем, что в качестве исходного сырья используется торф, содержащий кроме целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз еще и гуминовые вещества (33% от массы торфа), которые легко реагируют со щелочами и содержат значительное количество кислых ОН-групп, наиболее реакционноспособных при O-алкилировании в щелочной среде.

Реакцию с NaOH проводят в отличие от прототипа в более мягких температурных условиях при 50-100°C. Максимальная растворимость продуктов карбоксиметилирования торфа достигается при его обработке NaOH при 100°C в течение 3 ч и карбоксиметилировании в течение 3 ч при 50°C.

К недостаткам прототипа следует отнести то, что в результате реакции получается карбоксиметилированный лигноуглеводный материал со сравнительно низкой растворимостью в воде и водно-щелочных растворах, а также повышенная температура щелочной обработки (до 150°C).

В заявляемом изобретении данные недостатки прототипа устраняются. При использовании торфа, содержащего в своем составе кроме углеводов (целлюлоза, гемицеллюлозы) и лигнина, также гуминовые вещества, получается карбоксиметилированный торф, растворимый в воде и водно-щелочных растворах до 90%.

Проведение щелочной обработки торфа при сравнительно низкой температуре, при которой гуминовые кислоты в производстве гуминовых препаратов не подвергаются существенной термической деструкции до 100°C [Тарновская Л.Н., Маслов С.Г. Изменение химического состава гуминовых кислот в процессе термолиза торфа. // Химия твердого топлива, 1994. №4. С.33-39], что позволяет снизить энергетические затраты и провести щелочную активацию и последующее карбоксиметилирование торфа в сравнительно мягких условиях (50-100°C).

Кроме того, при использовании гуминсодержащего сырья (торфа) расширяется сырьевая база, а также появляется принципиальная возможность получить материалы, обладающие более широким спектром свойств по сравнению с карбоксиметилцеллюлозой и карбоксиметилированными лигноуглеводными материалами. Так, полученные по предлагаемому способу карбоксиметилпроизводные торфа обладают повышенной вязкостью (до 1.22) по сравнению с карбоксиметилированными лигноуглеводными материалами, полученными по способу-прототипу (1.15).

Сущность предлагаемого способа карбоксиметилирования торфа заключается в том, что в качестве исходного лигноуглеводного материала используют гуминсодержащий материал - торф, обработка которого ведется раствором гидроксида натрия в изопропиловом спирте в течение 1-6 ч при 50-100°C, затем монохлоруксусной кислотой в течение 1-6 ч при 50-100°C.

Осуществление изобретения достигается следующим образом. Измельченный торф массой 3,0 г (фракция 0,25-1,0 мм) энергично перемешивают в 60 мл изопропилового спирта с 20 мл 30%-ного водного раствора щелочи, 1-6 часов при 50-100°C. Добавляют 30 мл изопропилового спирта и 3,5 г монохлоруксусной кислоты в течение 0,5 часа. Реакционную массу выдерживают 1-6 ч при 50-100°C. Далее полученный продукт отделяют декантацией, смешивают с 70% этанолом, добавляя для нейтрализации избытка щелочи 90% уксусную кислоту до pH 5. Затем продукт декантируют, промывают 70% этанолом и сушат в эксикаторе. В продуктах определяют содержание карбоксиметильных групп методом обратного кондуктометрического титрования соляной кислотой щелочной соли полученных карбоксиметилпроизводных торфа, растворимость в воде, 2%-ном водном растворе NaOH и относительную вязкость в этом растворителе.

Пример 1. Навеску 3.0 г воздушно-сухого торфа (фракция 0,25-1,0 мм) энергично перемешивают в 60 мл изопропилового спирта. Продолжая перемешивание, добавляют постепенно в течение 30 мин 20 мл 30% водного раствора NaOH при 50°C. Затем смесь перемешивают еще один час при этой же температуре, после чего добавляют 3,5 г монохлоруксусной кислоты. Сосуд с реакционной смесью оставляют в термостате на 3 часа при 50°. Полученный продукт отделяют декантацией, смешивают с 70% этанолом, добавляя для нейтрализации избытка щелочи 90% уксусную кислоту до рН 5. Затем продукт декантируют, промывают 70% этанолом и сушат в эксикаторе. В полученном продукте определяют содержание карбоксиметильных групп методом кондуктометрического титрования, растворимость в воде, 2%-ном водном растворе NaOH и относительную вязкость в этом растворителе.

Примеры 2-6 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при различной продолжительности щелочной обработки (табл.1). Примеры 7-11 проведены в условиях, аналогичных примеру 3, но при различной температуре щелочной обработки (табл.2). Пример 12-16 проведены в условиях, аналогичных примеру 3, но при различной температуре карбоксиметилирования (табл.3). Примеры 17-21 проведены в условиях, аналогичных примеру 3, но при различной продолжительности карбоксиметилирования (табл.4).

Оптимальными условиями предварительной щелочной обработки (активации) торфа являются: продолжительность - 6 ч, температура - 100°C (табл.1-2). Оптимальными условиями карбоксиметилирования торфа являются: продолжительность - 6 ч, температура - 100°C (табл.3-4).

Полученные продукты карбоксиметилирования торфа содержат до 21.2% связанных карбоксиметильных групп, растворимы до 88% в воде и до 93% в водном растворе щелочи, образуют высоковязкие растворы (относительная вязкость до 1.22) и могут быть использованы в качестве поверхностно-активных материалов широкого спектра действия.

Таблицы

Таблица 1
Свойства карбоксиметилированных производных торфа*
Пример t, ч Содержание карбоксиметильных групп, % Растворимость в воде, % Растворимость в 2%-ном NaOH, % Относительная вязкость в 2%-ном NaOH
1 1 13.2 42.7 44.6 0.88
2 2 13.4 53.3 56.1 1.00
3 3 14.8 56.7 66.0 1.07
4 4 16.0 61.1 72.1 1.10
5 5 16.6 83.1 81.5 1.21
6 6 21.2 88.0 90.5 1.21
* температура щелочной обработки - 50°C, продолжительность карбоксиметилирования - 3 ч, температура карбоксиметилирования - 50°C.
Таблица 2
Свойства карбоксиметилированных производных торфа*
Пример Т, °C Содержание карбоксиметильных групп, % Растворимость в воде, % Растворимость в 2%-ном NaOH, % Относительная вязкость в 2%-ном NaOH
3 50 14.8 56.7 66.0 1.07
7 60 16.6 61.7 68.9 1.09
8 70 17.7 67.2 76.2 1.09
9 80 18.5 73.4 80.8 1.10
10 90 19.6 78.3 84.7 1.13
11 100 20.5 80.1 87.2 1.14
* продолжительность щелочной обработки - 3 ч, продолжительность карбоксиметилирования - 3 ч, температура карбоксиметилирования - 50°C.
Таблица 3
Свойства карбоксиметилированных производных торфа*
Пример Т, °C Содержание карбоксиметильных групп, % Растворимость в воде, % Растворимость в 2%-ном NaOH, % Относительная вязкость в 2%-ном NaOH
3 50 14.8 56.7 66.0 1.07
12 60 16.0 62.7 66.9 1.12
13 70 17.8 71.5 73.7 1.13
14 80 18.8 76.1 83.5 1.15
15 90 19.4 78.4 88.7 1.16
16 100 20.3 83.9 92.9 1.22
* продолжительность щелочной обработки - 3 ч, температура щелочной обработки - 50°C, продолжительность карбоксиметилирования - 3 ч.
Таблица 4
Свойства карбоксиметилированных производных торфа*
Пример t, 4 Содержание карбоксиметильных групп, % Растворимость в воде, % Растворимость в 2%-ном NaOH, % Относительная вязкость в 2%-ном NaOH
3 3 14.8 56.7 66.0 1.07
17 1 12.4 45.9 41.3 0.95
18 2 13.8 51.1 54.0 1.01
19 4 17.4 61.8 71.2 1.11
20 5 18.5 66.8 78.5 1.14
21 6 19.0 73.4 86.5 1.20
*продолжительность щелочной обработки - 3 ч, температура щелочной обработки - 50°C, температура карбоксиметилирования - 50°C.

Способ карбоксиметилирования торфа, заключающийся в том, что исходный лигноуглеводный материал обрабатывают раствором гидроксида натрия в изопропиловом спирте, затем монохлоруксусной кислотой, отличающийся тем, что в качестве исходного лигноуглеводного материала используют торф, обработка которого ведется раствором гидроксида натрия в изопропиловом спирте в течение 1-6 ч при 50-100°C, затем монохлоруксусной кислотой в течение 1-6 ч при 50-100°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к торфяной промышленности. .
Изобретение относится к технологиям удаления влаги из капиллярно-пористых материалов, например торфа, и может быть использовано в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.
Изобретение относится к области производства строительных материалов на основе модифицированного торфяного сырья и вспененного полистирола, может найти применение при изготовлении плит, скорлуп для теплоизоляции жилых, промышленных зданий и промышленного оборудования.
Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов. .
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства теплоизоляционных материалов, применяемых в строительстве промышленных, гражданских и сельских зданий.

Изобретение относится к углеперерабатывающей промышленности, а именно к технологии брикетирования бурого угля и торфа с целью получения окускованного твердого топлива, которое может быть использовано для коммунально-бытовых нужд, а также в промышленности.
Изобретение относится к технологии окускованного твердого топлива и может быть использовано при производстве твердого топлива для использования в местных коммунально-бытовых твердотопливных котлоагрегатах и газогенераторах и в качестве каминного топлива.
Изобретение относится к переработке торфа с целью получения жидких торфяных экстрактов, основным действующим началом которых являются соли торфяных гуминовых кислот (гуматы), для последующего использования их в промышленности (горное дело), быту (красители для дерева) и особенно в сельском хозяйстве (растениеводство, животноводство, птицеводство) и ветеринарии в качестве физиологически активных соединений, обладающих способностью стимулировать рост, развитие живых организмов и повышать их резистентность.

Изобретение относится к производству топливных брикетов для коммунально-бытовых и производственных нужд. .

Изобретение относится к способу получения продукции, тепла и электроэнергии из торфа и может быть использовано в горнодобывающей и перерабатывающей отраслях, жилищно-коммунальном хозяйстве, биотермохимическом производстве, малой энергетике и охране окружающей среды.

Изобретение относится к способу получения карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов для использования в качестве реагентов для бурения нефтяных и газовых скважин, в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации, в горноперерабатывающей промышленности.
Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводного материала и предназначено для получения карбоксиметилового эфира лигноуглеводного материала. .
Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводных материалов (ЛУМ) и предназначено для получения карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов.

Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводных материалов (ЛУМ) и предназначено для получения карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов.

Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводных материалов (ЛУМ), которые используются в качестве сорбентов. .

Изобретение относится к области получения производных целлюлозы, а именно к установке получения простого эфира целлюлозы - натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (NaКМЦ).

Изобретение относится к получению водорастворимой ассоциативной карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), которая проявляет уникальные и в высокой степени благоприятные реологические и эксплуатационные свойства, и может быть использовано в пищевой, фармацевтической промышленности, при производстве персональных средств ухода, бумаги, строительных и конструкционных материалов, на нефтепромыслах и других отраслях народного хозяйства.

Изобретение относится к синтезу водорастворимых производных целлюлозы, в частности к способам получения простых смешанных эфиров целлюлозы, которые находят применение в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к области получения высокомолекулярных веществ, а именно к способам получения натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (далее - КМЦ), и может найти применение в современных технологиях бумажной, текстильной, пищевой, фармацевтической промышленности в качестве загустителя и эмульгатора и особенно в нефте-, газодобывающей промышленности в качестве агента стабилизации буровых растворов.
Изобретение относится к области получения высокомолекулярных соединений и предназначено для получения целлюлозы, используемой в качестве сырья в химической промышленности, а также в текстильной, бумажной, строительной и других отраслях, и для получения карбоксиметилцеллюлозы, используемой в качестве стабилизатора растворов при бурении нефтяных и газовых скважин, в горно-химической промышленности, в качестве антиресорбентов в составе синтетических моющих средств, а также в других отраслях промышленности
Наверх