Способ получения окисленного лигнина


C25B3/02 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2641901:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) (RU)

Изобретение относится к способу получения окисленного лигнина путем электрохимического модифицирования гидролизного лигнина в водном кислотном электролите на углеродных электродах при температуре окружающей среды. Способ характеризуется тем, что модифицирование лигнина проводят в растворе HF, содержащем 2-3 вес. % лигнина, в присутствии фторида аммония или фторида калия в количестве 10-30% масс., при этом электролиз проводят в гальваностатическом режиме при плотности тока i=0,2-0,4 А/см2 в течение 0,25-1 часа. Предлагаемый способ позволяет получить препараты лигнина с содержанием карбоксильных групп от 20 до 40% в зависимости от времени синтеза. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области ресурсосберегающих технологий получения новых материалов и может быть использовано для получения окисленных лигнинов в форме порошка, применяемых в качестве сорбентов, а также в качестве антипиренов и наполнителей композиционных материалов.

Аналогом предлагаемого изобретения является способ получения антипирена, представляющего собой смесь продуктов окисления лигнинсодержащего субстрата [Пат. 2425069 РФ, МПК C08J 11/16, В27K 3/34, C08J 11/00, C07G 1/00, A62D 1/00. Антипирен, способ его получения, способ огнезащитной обработки материалов и способ тушения очага горения. / Варфоломеев С.Д., Ломакин С.М., Горшенев В.Н., Сахаров П.А. Сахаров A.M., Демин В.Л. - Заявл. 02.07.2009; Опубл. 10.01.2011].

Сущность способа состоит в том, что лигнинсодержащий субстрат окисляют в щелочном растворе в интервале температур от комнатной до 90°С в присутствии катализатора или без катализатора под действием окислителя, выбранного из группы: воздух, кислород, озон, пероксид водорода.

Существенными признаками аналога являются: химический способ окисления; водный щелочной раствор; возможность проведения окисления в некоторых случаях при комнатной температуре и без катализатора, барботирование через реакционную смесь окислителя.

Существенными признаками, общими с заявляемым способом, является водный раствор применяемого для окисления реагента, проведение окисления при комнатной температуре и без катализатора.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является то, что лигнин растворяется в щелочной среде и для выделения окисленного лигнина в виде порошкового материала требуется нейтрализация реакционной смеси кислотой, что исключает возможность повторного использования реакционной смеси.

Другим аналогом является способ окисления гидролизного лигнина пероксидом водорода в кислой среде. [Евстигнеев Э.И. Окисление гидролизного лигнина пероксидом водорода в кислой среде // Журнал прикладной химии. 2013. Т. 86, №2. С. 278-285]. Способ включает обработку (окисление) гидролизного лигнина в растворе окислителя (смеси пероксида водорода и серной кислоты заданного состава) при нагревании, отфильтровывание и промывание продукта. Перед окислением гидролизный лигнин экстрагируют этиловым спиртом для выделения растворимой фракции.

Существенными признаками данного аналога является химический способ окисления, предварительная экстракция растворимой фракции лигнина, водная кислая среда, нагревание реакционной смеси, получение окисленного лигнина в форме порошка.

Существенными признаками, общими с заявляемым способом, является водная кислая среда, нагревание реакционной смеси, получение окисленного лигнина в форме порошка.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является необходимость дополнительного нагревания реакционной смеси, а также то, что в присутствии сульфат-ионов в реакционной смеси не исключается сульфатирование продуктов окисления лигнинов.

Наиболее близким к заявляемому является способ окисления лигнина в водном растворе соляной кислоты (хлорирования лигнинов). [Коваленко Е.И., Шалимов В.Н., Смирнов В.А. Электрохимическое хлорирование гидролизного лигнина // Журнал прикладной химии. 1979. Т. 52. С. 1312-1317]. Способ состоит в электрохимическом модифицировании лигнинов с получением сильно окисленных хлорированных продуктов. Модифицирование производят в 10-20 вес. % водном растворе соляной кислоты на графитовых электродах в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,1 А/см2 без внешнего нагрева электролита до пропускания 3600 Кл и более на 1 лигнина.

Существенными признаками прототипа являются: электрохимический способ модифицирования; водный кислотный электролит; углеродные электроды; модифицирование лигнина хлором; проведение процесса при температуре окружающей среды.

Существенными признаками, общими с заявляемым способом, является электрохимический способ модифицирования; водный кислотный электролит; углеродные электроды; проведение процесса при температуре окружающей среды.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является то, что в процессе модифицирования одновременно с окислением лигнина происходит его хлорирование.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является разработка ресурсосберегающего способа получения окисленного лигнина, в частности, достижение высокой степени окисления лигнина в водном кислотном электролите при температуре окружающей среды в режиме многократного использования электролита.

Технический результат достигается тем, что модифицирование лигнина проводят в растворе HF, содержащем 2-3 вес. % лигнина, а в качестве агента, инициирующего окисление лигнина, используют фторид аммония или фторид калия в количестве 10-30 вес. %, при этом электролиз проводят в гальваностатическом режиме при плотности тока i=0,2-0,4 А/см2 в течение 0,25-1 часа.

Для достижения технического результата окисленный лигнин получают путем электрохимического модифицирования гидролизного лигнина в водном кислотном электролите на углеродных электродах при температуре окружающей среды в растворе HF, содержащем 2-3 вес. % лигнина, в присутствии фторида аммония или фторида калия в количестве 10-30 вес. %, при этом электролиз проводят в гальваностатическом режиме при плотности тока i=0,2-0,4 А/см2 в течение 0,25-1 часа.

2

Электрохимическое модифицирование лигнина проводили в бездиафрагменном электролизере. Электролитом служил 15-20 вес. % водный раствор плавиковой кислоты, содержащий 10-30 вес. % фторида аммония или фторида калия. Перемешивание электролита осуществляли с помощью магнитной или механической мешалки.

Сравнительные результаты модифицирования гидролизного лигнина в растворах HCl и HF представлены в таблице 1.

Примеры:

1. В электролизер засыпали 2 г лигнина, заливали 150 мл электролита (10 вес. % фторида аммония в 15 вес. % плавиковой кислоте) и проводили электролиз в гальваностатическом режиме (i=0,3 А/см2) при температуре окружающей среды в течение 40 минут. Электроды - стеклоуглерод. По окончании процесса продукт отфильтровывали, промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции среды, сушили на воздухе и определяли содержание карбоксильных групп (25,6 вес. %). Электролит корректировали до исходного объема добавлением соответствующего количества исходного электролита.

2. В электролизер засыпали 2 г лигнина, заливали 150 мл электролита (20 вес. % фторида аммония в 20 вес. % плавиковой кислоте) и проводили электролиз в гальваностатическом режиме (i=0,4 А/см2) при температуре окружающей среды в течение 20 минут. Электроды - стеклоуглерод. По окончании процесса продукт отфильтровывали, промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции среды, сушили на воздухе и определяли содержание карбоксильных групп (39,7 вес. %). Электролит корректировали до исходного объема добавлением соответствующего количества исходного электролита.

3. В электролизер засыпали 1,5 г лигнина, заливали 150 мл электролита (30 вес. % фторида калия в 20 вес. % плавиковой кислоте) и проводили электролиз в гальваностатическом режиме (i=0,3 А/см2) при температуре окружающей среды в течение 50 минут. Электроды - стеклоуглерод. По окончании процесса продукт отфильтровывали, промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции среды, сушили на воздухе и определяли содержание

3

карбоксильных групп (30,5 вес. %). Электролит корректировали до исходного объема добавлением соответствующего количества исходного электролита.

Полученные продукты использовали в качестве антипиренов и наполнителей эпоксидных компаундов. Введение в эпоксидные компаунды на основе смолы ЭДП 20 окисленного лигнина с содержанием 25-40 вес. % карбоксильных групп приводит к существенному снижению горючести композиционных материалов.

Плотность тока в интервале 0,3-0,4 А/см2 оптимальна для проведения процесса окисления лигнина. При указанных плотностях тока достигается потенциал окисления фторид-ионов (2,87 В отн. н.в.э.), и на аноде происходит выделение молекулярного фтора с последующими химическими реакциями в растворе электролита:

F2+H2O→2HF+О;

H2O+О→H2O2;

O2+О→O3,

То есть в растворе электролита формируется эффективная окислительная система. Окислители H2O2 и O3 взаимодействует с макромолекулами лигнина, что и приводит к получению окисленных лигнинов с высоким содержанием карбоксильных групп.

Преимущества заявляемого способа состоят в том, что электрохимический способ модифицирования лигнина в растворах плавиковой кислоты в присутствии фторидов аммония или калия позволяет получать окисленные лигнины с высоким содержанием карбоксильных групп за счет окисления на аноде фторид-ионов и последующего формирования в растворе электролита эффективной окислительной системы, при этом рабочий электролит в режиме корректирования электролита используется многократно. Способ может быть применен в промышленности для синтеза окисленных лигнинов - сорбентов, а также антипиренов и наполнителей композиционных материалов.

Способ получения окисленного лигнина путем электрохимического модифицирования гидролизного лигнина в водном кислотном электролите на углеродных электродах при температуре окружающей среды, отличающийся тем, что модифицирование лигнина проводят в растворе HF, содержащем 2-3 вес. % лигнина, в присутствии фторида аммония или фторида калия в количестве 10-30% масс., при этом электролиз проводят в гальваностатическом режиме при плотности тока i=0,2-0,4 А/см2 в течение 0,25-1 часа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу производства газообразного кислорода и газообразного водорода из жидкостного щелочного электролитического раствора в процессе электролиза, включающему в себя этапы: получения электролитической установки с имеющимися в ней первым и вторым разнесенными между собой параллельными дырчатыми электродами, погруженными во впускную камеру, которая окружает первый и второй электроды и в которой имеется по меньшей мере одно впускное отверстие и первое и второе выпускные отверстия; подачи электролитического раствора во впускное отверстие так, чтобы электроды были погружены в электролитический раствор; и подачи напряжения на установку по электродам, погруженным в электролитический раствор, для электролиза раствора между электродами таким образом, чтобы на первом электроде образовывался газообразный кислород, а на втором электроде образовывался газообразный водород, при этом электролитический раствор между электродами разделяется на первый и второй выходные потоки, так что первый выходной поток проходит через первый электрод, тем самым удаляя газообразный кислород из первого электрода, когда первый выходной поток проходит в первое выпускное отверстие, и так что второй выходной поток проходит через второй электрод, тем самым удаляя газообразный водород из второго электрода, когда второй выходной поток проходит во второе выпускное отверстие, и при этом первый и второй электроды расположены в относительно непосредственной близости друг от друга на расстоянии от 1 мм до 6 мм.

Изобретение относится к способу получения диметилдисульфона путем электролиза водного раствора диметилсульфона в кислой среде. Способ характеризуется тем, что электролиз проводят в водных растворах диметилсульфона в щелочной среде в анодном отделении диафрагменного электролизера в пределах плотностей анодного тока 0,1-0,3 А/см2, затем раствор анолита охлаждают до Т=5-8°С до образования кристаллов.

Изобретение относится к способу и системе управления электрическим током (ЕСМ) в по меньшей мере одном электролизере, имеющем по меньшей мере два электрода, находящихся в контакте с электролитической средой, множество сенсорных средств для измерения тока, проходящего через один или более электродов, при этом указанные сенсорные средства расположены внутри по меньшей мере одной панели ЕСМ, установленной в одном или более работающих электролизерах.

Изобретение относится к способу формирования барьерного покрытия на паяных алюминиевых электродах генератора озона, включающий подготовку поверхности деталей электрода к пайке, сборку конструкции в сборочно-паяльном приспособлении, выравнивание плоских поверхностей электрода за счет направленного термического удлинения ребер теплообменной насадки при температуре ниже температуры плавления припоя, пайку, в процессе которой при соответствующих температурах производят гомогенизацию металла и вакуумное травление рабочих поверхностей электрода для последующего создания на них диэлектрического барьера.

Изобретение относится к получению пузырьков и пен, содержащих пузырьки. Устройство содержит: первый блок, выполненный с возможностью определять по меньшей мере одну характеристику газа в пузырьках; второй блок, выполненный с возможностью вырабатывать пузырьки, содержащий: электролизер, выполненный с возможностью проводить электролиз электролита, чтобы вырабатывать газ в электролите, тем самым вырабатывая пузырьки; контроллер выполнен с возможностью регулировать второй блок, чтобы вырабатывать пузырьки согласно по меньшей мере одной характеристике газа.

Изобретение относится к энергетике, а именно к способу получения водорода при разложении воды. Способ включает подачу нагретой воды из водяного котла в устройство разложения воды на кислород и водород, содержащее катод и анод.

Изобретение относится к получению порошкообразного оксида алюминия высокой чистоты. Устройство содержит электролизер для электролиза водных растворов с окислением металлического алюминия, соединенный трубопроводом с обратноосмотической установкой для подготовки исходной технической воды и приемной емкостью для продуктов окисления, причем в нижнем отверстии приемной емкости выполнено выходное отверстие, соединенное с верхним ситом промывного сепаратора, при этом нижнее сито промывного сепаратора соединено линией подачи продукта с блоком термической обработки продуктов окисления алюминия.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения гипохлорита кальция из пересыщенного природного поликомпонентного рассола хлоридного кальциево-магниевого типа включает выделение из рассола кристаллогидрата хлорида кальция и отделение маточного рассола, обогащенного литием и бромом.

Изобретение относится к установке для электрохимического разложения водных растворов хлоридов, включающей проточные электрохимические реакторы, состоящие из внутреннего трубчатого титанового катода, внешнего трубчатого титанового анода и размещенной между ними трубчатой керамической ионопроницаемой диафрагмы, нижнего и верхнего анодных коллекторов, сепаратора, нижнего и верхнего катодных коллекторов и насосов.
Изобретение относится к способу получения концентрата адипиновой кислоты и натриевой щелочи из щелочных стоков производства капролактама, включающему электролиз стоков в мембранном электролизере с получением в катодном пространстве натриевой щелочи.

Изобретение относится к области химической технологии и предназначено для получения водорастворимых аммониевых или солей щелочных металлов сернокислых эфиров лигнинов, которые могут быть использованы как добавки в химических составах для регулирования свойств промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газовых скважин, а также в фармацевтике как потенциальные противовирусные препараты.

Предложено новое соединение бензолполикарбоновых кислот, которое получают путем окисления гидролизованного лигнина в щелочной среде. При этом водорастворимое полимерное соединение бензолполикарбоновых кислот характеризуется тем, что имеет следующий элементный состав: 62-67% С, 3,8-4,2% Н, 29-34% О и менее чем 0,2% N по весу в сухом состоянии, при этом суммарное содержание других элементов составляет не более чем 1% по весу в сухом состоянии.

Изобретение относится к области промышленной экологии и касается вопроса утилизации отхода лесохимии – лигнина - и использования материала, полученного на его основе, в качестве сорбента для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов.

Изобретение относится к непрерывному способу конверсии лигнина в лигниновом сырье. Непрерывный способ конверсии лигнинового сырья, содержащего лигнин, включает: дезоксигенирование лигнина до совокупности продуктов конверсии лигнина в реакторе для конверсии лигнина, содержащем жидкую композицию, которая включает по меньшей мере одно соединение, являющееся жидкостью при 1 бар и 25°C; и при этом одновременное непрерывное выведение по меньшей мере части совокупности продуктов конверсии лигнина из реактора; где конверсию лигнина проводят в контакте с водородом и первым катализатором;конверсию лигнина проводят при температуре конверсии лигнина и давлении конверсии лигнина, где температура конверсии лигнина находится в интервале выше температуры кипения указанной жидкой композиции при атмосферном давлении и ниже критической температуры жидкой композиции, а давление конверсии лигнина выше давления в пузырьке указанной жидкой композиции при температуре конверсии лигнина, при этом давление конверсии лигнина выбрано таким образом, чтобы избежать образования кокса, согласно следующим стадиям: определение давления в пузырьке указанной жидкой композиции при температуре конверсии лигнина, проведение реакции и анализа на присутствие кокса и в случае присутствия кокса, повышение указанного давления до достижения отсутствия образования кокса после проведения двух циклов в реакторе.

Изобретение относится к реагентам, предназначенным для проведения нитрования сульфатного лигнина. Применение смеси раствора азотной кислоты и диметилсульфоксида в качестве реагента для нитрования сульфатного лигнина в гомогенных условиях позволяет провести реакцию в гомогенных условиях и добиться ускорения нитрования.
Настоящее изобретение относится к способу получения гидролизного лигнина, растворимого в воде, предусматривающему окисление лигнина в растворе, содержащем кислоту и пероксид водорода, промывку водой с последующим растворением продукта окисления в растворе, содержащем гидроксид щелочного металла в количестве, стехиометрическом по отношению к содержащимся в нем кислым группам.

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается способа изготовления непрерывного лигнинового волокна. Непрерывное лигниновое волокно получают из щелочного лигнина из древесины хвойных пород и/или древесины лиственных пород.

Изобретение относится к области медицины, а именно к фармакологии, и описывает антидот окиси углерода и гепатотоксических веществ. Антидот представляет собой аммиачно-цинковую соль растворимого окисленного лигнина с общей формулой (CxHyOz)n(NH3)k(Zn)m, где х=14-16; у=11-13; z=5-7; n=1,0-20; k=1-30; m=1-1,2.

Изобретение относится к способу нитрозирования сульфатного лигнина путем смешения нитрита натрия и сульфатного лигнина и последующей выдержки реакционной смеси.

Изобретение относится к способу непрерывного осаждения лигнина из черного щелока, в котором pH черного щелока понижают до точки осаждения лигнина и осажденный лигнин отделяют от черного щелока.

Изобретение относится к способу и системе для отделения лигнина от лигнинсодержащей жидкостной среды, такой как черный щелочной раствор, получаемый на предприятии переработки целлюлозы, и к обработке отделенного лигнина. Способ отделения лигнина от лигнинсодержащей жидкостной среды, такой как жидкость, получаемая в способе переработки биомассы, например, из черного щелочного раствора, получаемого на предприятии переработки целлюлозы, и обработки отделенного лигнина, включает: осаждение лигнина из лигнинсодержащей жидкостной среды, последующее подвергание лигнина гидротермальной карбонизации во влажном состоянии, и извлечение углеродсодержащего материала, полученного из лигнина в результате проведения карбонизации после осуществления гидротермальной карбонизации, причем способ дополнительно включает: регулирование размера частиц углеродсодержащего материала путем доведения величины pH лигнина во влажном состоянии перед проведением гидротермальной карбонизации до величины, превышающей 7, предпочтительно превышающей 8. Заявлены также система, углеродсодержащий продукт и применение продукта. Технический результат – получение углеводородного продукта с регулируемым размером частиц и повышение рентабельности способа. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу получения окисленного лигнина путем электрохимического модифицирования гидролизного лигнина в водном кислотном электролите на углеродных электродах при температуре окружающей среды. Способ характеризуется тем, что модифицирование лигнина проводят в растворе HF, содержащем 2-3 вес. лигнина, в присутствии фторида аммония или фторида калия в количестве 10-30 масс., при этом электролиз проводят в гальваностатическом режиме при плотности тока i0,2-0,4 Асм2 в течение 0,25-1 часа. Предлагаемый способ позволяет получить препараты лигнина с содержанием карбоксильных групп от 20 до 40 в зависимости от времени синтеза. 1 табл.

Наверх