СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ПОЛУФАБРИКАТА Российский патент 1995 года по МПК D21C3/20 

Изобретение относится к технологии производства целлюлозы и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности при получении целлюлозы с применением водно-органических растворителей и микробиологических процессов для делигнификации древесины.

Известны экологически чистые способы получения целлюлозы путем варки древесного сырья в водно-этанольном растворе. Однако такие варки проводят при высокой температуре 180-190^оС и при этом получают целлюлозу с высоким содержанием лигнина (жесткость 30 ед. Каппа) [1]
Известен способ получения целлюлозы с более низким содержанием лигнина. Процесс проводят при 195^оС и с большим расходом этилового спирта и применение в качестве дополнительного экстрагента диметилформамида. Получающийся полуфабрикат имеет число ед./20,5 Каппа [2]
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения волокнистого полуфабриката в водно-этанольной среде с использованием кислотных катализаторов [3] Однако этот способ не позволяет получать полуфабрикаты с необходимой жесткостью 10-15 ед. Каппа при низких расходах катализатора (1-10 ммоль/л), а при расходах катализатора более 10 ммоль/л наблюдается значительное снижение выхода целлюлозы.

Технической задачей изобретения является улучшение избирательности процесса делигнификации, что приводит к увеличению выхода целлюлозы.

Эта задача решается путем предварительного воздействия на древесную осиновую щепу лигнинразрушающих грибов Соriolus villosus и Phanerochaete sanguinea или их культуральных фильтратов, имеющих в составе ферментного комплекса ксиланазу, лакказу и лигниназу и последующей варкой в среде водного этанола.

Сущность предобработки заключается в том, что ферменты грибов способны разрушить лигноуглеводную матрицу, тем самым способствуя более легкому последующему извлечению лигнина при водно-этанольной варке, а также деструктировать лигнин древесины.

Согласно предлагаемому способу биологической предобработке подвергают осиновые спички, помещенные в лабораторный ферментер. Их инокулируют культурами грибов Соriolus villosus и Phanerochaete sanguinea или их культуральными фильтрами культивируют в термостате при 27-37^оС в течение 1-8 нед. Обработанный образец отделяют от фильтрата и осуществляют варку в системе этанол-вода (55: 45 об.) при 165^оС в течение 90-210 мин с кислотным катализатором НСl (0,2% к массе абсолютно сухой (а.с.) щепы) при жидкостном модуле 3-5: 1. После варки проводят экстракцию лигноцеллюлозы 0,25% раствором NaOH, модуль 5:1-10:1 при 70^оС в течение 30-60 мин. Потерю массы древесины, выход абсолютно сухой массы волокнистого полуфабриката определяют весовым методом, жесткость по ГОСТ 10070-74.

П р и м е р 1. 20 г а.с. щепы осины инокулируют семисуточной культурой гриба Coriolus villosus. Через 60 сут. культивирования гриб с фильтратом удаляется, а щепу подвергают водно-этанольной варке. 15 г а.с. щепы, обработанной грибом, загружают в автоклав, заливают 75 мл водного раствора этилового спирта (этанол-вода 55:45 об.), содержащего, 0,2% НСl к массе а.с. древесины, и опускают в глицериновую баню, нагретую до 165^оС. Продолжительность варки 210 мин. После варки щелок отбирают, а лигноцеллюлозу экстрагируют 0,25% раствором едкого натра. Продолжительность экстракции 30 мин при 70^оС. После экстракции лигноцеллюлозу промывают водой и определяют выход а.с. массы волокнистого полуфабриката весовым методом и жесткость по ГОСТ 10070-74. Аналогично проводят варку исходной (без биообработки) древесины. Показатели полученной целлюлозы представлены в таблице.

П р и м е р 2. 20 г стерильной осиновой щепы инокулируют четырнадцатисуточной культурой гриба Phanerochaete sanguinea и культивируют в течение 60 сут при 27^оС. Дальнейшую обработку проводят по примеру 1.

Приведенные результаты свидетельствуют о том, что биологическая обработка древесины перед водно-этанольной варкой позволяет получить целлюлозный полуфабрикат с жесткостью 10,5-11,0 ед. Каппа в выходом 49,8-50,5% В контрольном опыте для полуфабриката с жесткостью 10,9 ед. Каппа выход 48,2%
П р и м е р 3. Отличается от примера 1 тем, что срок культивирования гриба Coriolus villosus составляет 30 сут.

П р и м е р 4. Отличается от примера 1 тем, что срок культивирования гриба Coriolus villosus составляет 15 сут.

П р и м е р 5. Отличается тем, что осиновую щепу обрабатывают грибом Phanerochaete sanguinea в течение 30 сут.

П р и м е р 6. Отличается тем, что осиновую щепу обрабатывают грибом Phanerochaete sanguinea в течение 15 сут.

Как следует из представленных результатов, выход целлюлозы с увеличением времени биопредобработки грибом Сoriolus villosus увеличивается, в то время как жесткость снижается. Однако с увеличением потери массы древесины на стадии биопредобработки эффект по выходу существенно нивелируется. По сравнению с контрольными опытами (примеры 7-10) при одинаковой жесткости выходы целлюлозы из биопредобработанной древесины увеличивается на 2-2,3% Кроме того, степень деструкции целлюлозного полуфабриката в контрольных опытах значительно выше, так как чтобы проварить древесину без биообработки до жесткости 10-15 ед. Каппа, необходимо повысить расход кислотного катализатора (НСl) в 1,5-2 раза.

П р и м е р ы 11 и 12. Для упрощения аппаратурного оформления процесса биообработки и избежания потери массы при этом, 20 г щепы древесины осины обрабатывают 100 мл культурального фильтрата Соriolus villosus. Водно-этанольную варку проводят в условиях аналогичных примеру 1.

По сравнению с контрольным опытом варка щепы после ферментативной обработки позволяет получить целлюлозу с меньшей жесткостью или сократить время варки в 2 раза.

П р и м е р 13 (прототип). 15 г а.с. щепы загружают в автоклав, заливают 75 мл 50%-ного водного раствора этилового спирта, содержащего 0,2% щавелевой кислоты к массе а.с. древесины и опускают в глицериновую баню, нагретую до 165^оС. Продолжительность варки 210 мин. Дальнейшая обработка аналогично примеру 1.

Таким образом применение изобретения позволяет увеличить избирательность процесса, получив целлюлозу с числом Каппа 10,5-11,0 при сохранении выхода (49,7-50,5%) целлюлозы, исключить использование других органических растворителей, кроме этанола.

Сущность изобретения: перед варкой древесной щепы в водно-этанольном растворе ее подвергают обработке в течение 15 - 60 суток культурами или в течение 7 суток культуральными фильтратами лигниразрушающих базидиальных грибов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ПОЛУФАБРИКАТА путем варки древесной щепы в водно этанольном растворе в присутствии кислотного катализатора, отличающийся тем, что древесную щепу предварительно подвергают обработке в течение 15 60 суток культурами или в течение 7 суток культуральными фильтрами лигнинразрушающих базидиальных грибов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют культуры или культуральные фильтраты грибов Coriolus uillosus и Phanerochaete sanguinea.