Способ ксантогенирования торфа Российский патент 2019 года по МПК C10F7/00 C05G3/08 C05F11/02 C09K17/50 C08B9/00 C09K101/00 

Изобретение относится к химической переработке торфа и может быть использовано для получения поверхностно-активных веществ, ингибиторов нитрификации-денитрификации почв и серосодержащих торфогуминовых удобрений.

Известны способы ксантогенирования целлюлозы, активированной щелочными растворами в воде, с последующим отжимом и смешением с сероуглеродом, в результате чего получаются ксантогенированные продукты [Химические волокна. // Под ред. А.А. Конкина, М.: ВНИИВ, 1968, 244с].

Данные способы обладают существенными технологическими недостатками: обязательная предварительная активация целлюлозы, необходимость регенерации растворов NaOH, а также высокий расход реагента (сероуглерода) на побочные реакции, что приводит к значительному увеличению продолжительности ксантогенирования и ухудшению экологической ситуации.

В заявляемом изобретении предлагается для ксантогенирования использовать весь композиционный материал торфа, а не только целлюлозу (один из компонентов торфа), как это делается в аналогах. Предлагаемый в изобретении способ ксантогенирования торфа совпадает с уже известными способами ксантогенирования целлюлозы и лигноуглеводных материалов (древесины) только тем, что в его основе лежит та же реакция ксантогенирования. Соотношения реагентов, продолжительность проведения реакции установлены в процессе оптимизации условий ксантогенирования торфа.

Известен способ ксантогенирования целлюлозосодержащих материалов заключающийся в том, что исходный материал обрабатывают гидрооксидом натрия, а затем сероуглеродом, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащих материалов используют лигноуглеводный материал, содержащий 35-60 мас.% целлюлозы, 20-40 мас. % лигнина, 13-35 мас.% гемицеллюлоз, обработку которого ведут последовательно раствором гидрооксида натрия в изопропиловом спирте в течение 0,5-6 ч при 20-80^oС, а затем сероуглеродом в изопропиловом спирте при 20-60^oС в течение 0,5-5 ч [патент РФ № 2208617. МПК С 08 В 9/00. Опубл. 20.03.2003. Бюлл. № 20]. Недостатки известного способа: использование органического растворителя, длительность и многостадийность процессов, а также повышенная температура их проведения.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому способу ксантогенирования торфа является способ ксантогенирования лигноуглеводных материалов, включающий обработку исходного воздушно-сухого материала сначала гидрооксидом натрия, затем сероуглеродом при 25 ^oС, с последующим механическим измельчением в течение 20-80 мин без добавления воды. В качестве сырья используют лигноуглеводный материал, содержащий 35-60 мас. % целлюлозы, 20-40 мас. % лигнина, 13-35 мас. % гемицеллюлоз, без разделения на отдельные компоненты в смеси с гидроксидом натрия и сероуглеродом, содержащей 5.0 г лигноуглеводного материала, 1.4-7.0 г гидрооксида натрия, 2.5-10.0 г сероуглерода (прототип) [патент РФ № 2221810. МПК С 08 В 9/00. Опубл. 20.01.2004. Бюлл. № 2].

Общими для прототипа и заявляемого изобретения являются такие признаки: химическая реакция, лежащая в основе способа ксантогенирования, а также одинаковая температура при механохимической обработке (25 ^oС).

Заявляемое изобретение отличается от прототипа тем, что в качестве исходного сырья используется торф, содержащий кроме целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз еще и гуминовые вещества, которые легко реагируют со щелочами и содержат значительное количество кислых ОН-групп, наиболее реакционноспособных при этерификации в щелочной среде.

Недостатки прототипа: использования в качестве сырья лишь лигноуглеводные материалы, продолжительность механохимической обработки до 80 минут, сравнительно низкое содержание связанной серы.

В предлагаемом изобретении указанные недостатки устраняются следующим образом: вместо древесины используют торф, который предварительно не подвергается активации, а длительность процесса составляет 10-60 мин. Использование торфа для ксантогенирования способствует расширению сырьевой базы и ее удешевлению, а также позволяет получить материалы, обладающие более широким спектром свойств по сравнению с ксантогенатами целлюлозы и лигноуглеводных материалов (древесины). При этом содержание связанной серы в полученных продуктах увеличивается, что повышает качество получаемых продуктов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что исходный воздушно-сухой торф (влажность 6-8 %) без разделения на отдельные компоненты, смешивают с гидроксидом натрия и сероуглеродом, а затем подвергают интенсивному механическому измельчению без добавления воды, в результате чего образуются водорастворимые ксантогенированные продукты, образующие вязкие водно-щелочные растворы.

Заявляемое изобретение осуществляется следующим образом. Навеску (5.0 г) воздушно-сухого торфа (фракции 0.25-0.5 мм) смешивают с NaOH (1-3 моль на 1 моль ОН-групп торфа) и сероуглеродом (1-3 моль на 1 моль ОН-групп торфа). Реакционную смесь подвергают интенсивному механическому измельчению на мельнице в течение 10-60 мин при 25 ^oС без добавления воды. Полученные продукты выгружают из мельницы, промывают этанолом до рН около 5 – 6 и до отрицательной реакции на сульфид-ион и высушивают в эксикаторе.

Пример 1. 5.0 г воздушно-сухого торфа (фракция 0.25-0.25 мм), 1 моль NaOH и 1 моль сероуглерода в расчете на 1 моль ОН-групп торфа интенсивно измельчают на мельнице в течение 10 мин при 25 ^oС. Полученные продукты выгружают из мельницы, промывают этанолом до рН около 5 – 6 и далее до отрицательной реакции на сульфид-ион и высушивают в эксикаторе. Растворимость в 5 % растворе NaOH – 25 %, содержание связанной серы – 1.5 %.

Примеры 2-6 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при различной продолжительности реакции (табл. 1). Примеры 7-10 проведены в условиях, аналогичных примеру 3, но при различных соотношениях реагентов (табл. 2).

Технические результаты: расширение сырьевой базы, получение продуктов с более широким химическим составом и спектром физико-химических свойств, повышение содержания связанной серы в полученных продуктах (улучшение качества продуктов).

Таблицы

Таблица 1. Влияние продолжительности механохимической обработки

(t, мин) на свойства продуктов ксантогенирования торфа*

Пример t, мин Содержание связанной серы, % Растворимость в
5 %-ном NaOH, % Относительная вязкость
в 5 %-ном NaOH 1 10 1.5 25 1.08 2 20 2.1 37 1.12 3 30 2.9 50 1.18 4 40 3.8 61 1.16 5 50 4.7 72 1.14 6 60 6.5 89 1.12

*мольное соотношение ОН:NaOH:CS₂ = 1:1:1, температура окружающей среды – 25 ⁰С.

Таблица 2. Влияние мольного соотношения реагентов на свойства продуктов ксантогенирования торфа*

Пример Мольное соотношение ОН:NaOH:CS₂ Содержание связанной серы, % Растворимость в
5 %-ном NaOH, % Относительная вязкость в 5 %-ном NaOH 3 1:1:1 2.9 50 1.18 7 1:2:1 2.4 40 1.15 8 1:3:1 2.1 33 1.12 9 1:1:2 3.9 62 1.21 10 1:1:3 5.5 79 1.23

*продолжительность механохимической обработки – 30 мин, температура окружающей среды – 25 ⁰С.

Изобретение относится к химической переработке торфа и может быть использовано для получения поверхностно-активных веществ, ингибиторов нитрификации-денитрификации почв и серосодержащих торфогуминовых удобрений. Обрабатывают исходный воздушно-сухой торф гидроксидом натрия и сероуглеродом в условиях механохимической обработки без добавления воды при следующем мольном соотношении: 1 - 3 моль гидроксида натрия и 1 - 3 моль сероуглерода на 1 моль ОН-групп торфа при интенсивном механическом измельчении в течение 10 - 60 мин при 25^oC. Обеспечивается расширение сырьевой базы, реализуется возможность безотходной технологии, улучшение качества продукта за счет повышения содержания связанной серы. 2 табл., 10 пр.

Способ ксантогенирования торфа, заключающийся в обработке исходного воздушно-сухого торфа гидроксидом натрия и сероуглеродом в условиях механохимической обработки без добавления воды при мольном соотношении 1 - 3 моль гидроксида натрия и 1 - 3 моль сероуглерода на 1 моль ОН-групп торфа при интенсивном механическом измельчении в течение 10 - 60 мин при 25^oC.