СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ПРОИЗВОДНЫХ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2005 года по МПК C08H5/04 C07G1/00 

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°С [А.с. СССР №333156, А.с. 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.

Известен способ получения азотсодержащих производных на основе лигнина при действии на лигнин избытка аммиачного раствора персульфата аммония при 20°С в течение 1-5 суток [А.с. СССР №363 710]. Основными недостатками известного способа являются: длительность процесса 24-100 ч, высокий расход азотсодержащих реагентов и использование в качестве сырья только лигнина.

Из известных технических решений наиболее близким но назначению и технической сущности к заявляемому объекту является способ получения азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов путем обработки древесных опилок аммиачным раствором персульфата аммония при 20°С и интенсивном механическом измельчении в течение 0.5-3.0 ч при содержании аммиака 0.25-2.5 г/г древесины (прототип) [Патент РФ №2185394].

Основные признаки заявляемого изобретения общие с прототипом: использование в качестве лигносодержащего сырья лигноуглеводных материалов и проведение процесса при механическом измельчении реакционной массы при температуре 20°С.

Основными недостатками прототипа являются: высокий расход пероксисоединения - окислителя (1.5-7.5 г/г сырья), его дороговизна, а также сравнительно высокий расход аммиака (до 2.5 г/г сырья) и продолжительность процесса до 3.0 ч, которые устраняются в предлагаемом изобретении.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что лигносодержащее сырье в виде воздушно-сухих опилок обрабатывают аммиачным раствором пероксида водорода при 20°С при интенсивном виброизмельчении при частоте 2800 см^-1 в течение 0.25-2.0 ч при содержании пероксида водорода - 0.3-0.9 г/г сырья и содержании аммиака - 0.25-1.5 г/г сырья.

Основным отличием от прототипа, обеспечивающим получение технического результата является использование в качестве пероксисоединения (окислителя) - пероксида водорода в среде аммиака и применение более интенсивного виброизмельчения (частота 2800 см^-1), что позволяет сократить расход окислителя в 4-5 раз, количество аммиака в 1.5 раза и продолжительность процесса от 3.0 до 2.0 ч.

Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом. Навеску воздушно-сухих опилок лигноуглеводного сырья (фракция 0.4-0.75 мм) помещают в реактор вибромельницы (промышленный вибратор ИВ - 98Б, частота 2800 см^-1) с 15 стальными стержнями (10×100 мм). В реактор последовательно добавляют 25%-ный водный раствор аммиака (из расчета 0.25-1.5 г NН₃/г сырья) и 30%-ный водный раствор пероксида водорода (из расчета 0.3-0.9 г Н₂О₂/г сырья).

Затем реакционную смесь подвергают интенсивному вибрационному измельчению при 20°С в течение 0.25-2.0 ч. После этого полученную массу выгружают из мельницы и отделяют от размалывающих чел. Продукты промывают водой до рН 6-7 и сушат на воздухе до постоянной массы.

В зависимости от условий обработки получаются высокомолекулярные продукты с выходом, близким к количественному, содержащие до 6.2% органически связанного азота. Азотсодержащие продукты частично деметоксилированы и содержат до 7.8% карбоксильных групп.

Пример 1. Навеску воздушно-сухих опилок древесины сосны (фракция 0.4-0.75 мм) массой 3.0 г помещают в реактор вибромельницы (промышленный вибратор ИВ - 98Б, частота 2800 см^-1) с 15 стальными стержнями (10×100 мм). В реактор последовательно добавляют 25%-ный водный раствор аммиака (из расчета 0.25 г NH₃/г сырья) и 30%-ный водный раствор пероксида водорода (из расчета 0.3 г Н₂О₂/г сырья). Реакционную смесь подвергают интенсивному вибрационному измельчению при 20°С в течение 0.25 ч. Выход азотсодержащего продукта составляет 94.6%. Содержание связанного азота 1.2%, а содержание СООН групп - 2.9%.

Примеры 2-7 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при различной продолжительности вибрационного измельчения (табл. 1). Примеры 8-13 проведены в условиях, аналогичных примеру 4, но при различном количестве пероксида водорода (табл. 2). Примеры 14-18 проведены в условиях, аналогичных примеру 4, но при различном количестве аммиака (табл. 3).

Примеры 19-22 проведены в условиях, аналогичных примеру 4, но с использованием в качестве исходного сырья различных лигноуглеводпых материалов (табл. 4).

Таблицы

Таблица 1Свойства азотсодержащих производных древесины сосныПримерПродолжительность размола, чВыход продукта, %Содержание азота, %Содержание СООH групп, %10.2596.41.22.920.595.21.93.530.7594.32.44.241.093.83.14.951.2592.53.35.861.592.13.76.772.090.63.97.2Таблица 2Свойства азотсодержащих производных древесины сосныПримерКоличество пероксида водорода, г/г сырьяВыход продукта, %Содержание азота, %Содержание СООН групп, %40.393.83.14.980.197.41.82.990.296.82.34.1100.492.13.45.7110.590.33.86.5120.689.54.37.1130.987.24.87.8Таблица 3Свойства азотсодержащих производных древесины сосныПримерКоличество аммиака, г/г древесиныВыход продукта, %Содержание азота, %Содержание СООП групп, %40.2593.83.14.9140.592.43.75.4150.7591.24.85.9161.090.55.36.5171.2589.75.86.9181.588.56.27.4Таблица 4Свойства азотсодержащих производных лигноуглеводных материаловПримерЛигноуглеводный материалВыход продукта, %Содержание азота, %Содержание СООH групп, %4Древесина сосны93.83.14.919Древесина осины94.72.54.220Древесина березы96.51.83.521Костра льна89.44.37.422Подсолнечная лузга91.53.66.3

Изобретение относится к области химической переработки древесины и может быть использовано для получения азотсодержащих удобрений и сорбентов на основе лигноуглеводного сырья. Способ получения азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов, заключающийся в том, что лигнинсодержащее сырье обрабатывают аммиачным раствором пероксисоединения при интенсивном механическом измельчении при 20°С. В качестве пероксисоединения используют пероксид водорода при его содержании 0,3-0,9 г/г сырья и при содержании аммиака 0,25-1,5 г/г сырья, и процесс виброизмельчения ведут в течение 0,25-2,0 ч при частоте 2800 см^-1. Изобретение позволяет сократить расход окислителя в 4-5 раз, количество аммиака в 1,5 раза, также сокращается продолжительность процесса. 4 табл.

Способ получения азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов, заключающийся в том, что лигнинсодержащее сырье обрабатывают аммиачным раствором пероксисоединения при интенсивном механическом измельчении при 20°С, отличающийся тем, что в качестве пероксисоединения используют пероксид водорода при его содержании 0,3-0,9 г/г сырья и при содержании аммиака 0,25-1,5 г/г сырья и процесс виброизмельчения ведут в течение 0,25-2,0 ч при частоте 2800 см^-1.