Способ получения энтеросорбента из лузги подсолнечника Российский патент 2024 года по МПК B01J20/22 B01J20/32 C12N9/00 

Изобретение относится к области получения сорбционных материалов на основе растительных полимеров, в качестве которых используют лузгу подсолнечника, предназначенного для извлечения ионов, цинка (Zn²⁺), кадмия (Cd²⁺), свинца (Pb²⁺), меди (Cu²⁺). Изобретение может быть использовано в медицине, ветеринарии, фармацевтической промышленности, а также для очистки сточных вод и обеспечивает утилизацию сельскохозяйственных отходов с получением ценных продуктов.

Существует способ получения энтеросорбентов из растительного сырья при утилизации рисовой шелухи. Предлагаемый углеродный энтеросорбент получают путем карбонизации рисовой шелухи с изотермической выдержкой при 650±10°С в течение 20-30 мин, а перед отмывкой проводят деминерализацию 6 М раствором соляной кислоты при 100°С в течение 4-10 ч с последующей нейтрализацией щелочью и сушкой. Вышеописанный углеродный энтеросорбент получен из отходов растительного сырья - рисовой шелухи по упрощенной технологии и обладает повышенной сорбционной способностью [EA 20323 Кистаубаева А.С., Николаева А.Ф., Мансуров З.А., Бийсенбаев М.А., Савицкая И.С., Тулейбаева Ш.А. Способ получения углеродного энтеросорбента, опубл. 30.10.2014].

Недостатком данного способа являются высокие энергозатраты при карбонизации и дополнительное оборудование для очистки отходящих газов.

Другими авторами предложено изобретение, которое относится к области получения сорбционных материалов широкого спектра применения на основе природных полимеров растительного происхождения. Предложен способ получения сорбента из лузги подсолнечника. Способ включает замачивание лузги, сушку до постоянной массы и измельчение с помощью лабораторной мельницы до фракции 0,3-0,5 мм. Согласно способу, замачивание лузги проводят в 0,5 М растворе гидроксида натрия в течение 45 минут, а сушку проводят в поле СВЧ с удельной мощностью 0,1-0,5 Вт/см³. Техническим результатом является получение сорбента с высокой сорбционной способностью за счет увеличения пористости при сокращении продолжительности процесса. Недостатком данного метода также использование дополнительного оборудования с высокой потребляемой мощностью [RU 2650979 C1 Грачева Н.В., Сиволобова Н.О., Желтобрюхов В.Ф., Сикорская А.В. Способ получения сорбента из лузги подсолнечника опубл. 18.04.2018].

Известен способ получения пищевого сорбента из растительного сырья, включающий удаление из плодовой оболочки семян подсолнечника балластных веществ путем экстракции при температуре 45-50°С растворителем, выбранным из ряда: экстракционный бензин, петролейный эфир, нефрас, в течение 30-100 минут при соотношении плодовая оболочка семян подсолнечника - растворитель (1÷5):(1÷20) с последующим отделением плодовой оболочки семян подсолнечника от раствора балластных веществ в растворителе отстаиванием, добавление в отделенную плодовую оболочку семян подсолнечника воды, выдерживание полученной смеси 10-60 минут, замораживание и выдерживание при температуре (-4)÷(-20)°С в течение 30-240 минут с последующим размораживанием при температуре 25-100°С, сушку проводят при температуре 100-200°С [RU 2240864 C1 Александрова А.В., Лобанов В.Г., Ксандопуло С.Ю., Щербаков В.Г. Способ получения сорбента из растительного сырья]. К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся многостадийность, значительная продолжительность процесса, сложность получения, а также высокие энергозатраты на замораживание и выдерживание смеси при отрицательной температуре, размораживание и сушку при повышенной температуре, неразвитая пористая структура.

В качестве ближайшего аналога известен способ получения сорбента, где сорбент, предлагается использовать в качестве кормовой добавки и медицинского средства, включающий измельчение плодовой оболочки вызревших семян подсолнечника, их кислотный гидролиз 1-36%-ным раствором серной, или соляной, или ортофосфорной кислоты в течение 1,5-4,5 ч в режиме кипения под давлением 0,3 МПа, промывку 0,1- 1,0%-ным раствором щелочи и затем умягченной водой, сушку до образования биоактивного углеродсодержащего комплекса, представляющего собой пористую многоуровневую матрицу с интегральной пористостью 0,04-50 мкм, содержащую лигнин, целлюлозу, меланин, глюкозу, фруктозу, фенолкарбоновые кислоты и дубильные вещества. Изобретение далее раскрывает сорбент и его применение для профилактики и лечения заболеваний животных, вызванных микотоксинами, пестицидами, вирусными и бактериальными инфекциями, и в качестве добавки к корму в виде пищевых волокон (Евразийский патент 018404 B1, B01J 20/20, B01J 20/24, A61K 36/00, 2013). К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся многостадийность, низкая эффективность технологического процесса, обусловленная использованием растворов кислот, в том числе с высокой концентрацией, и щелочи, высоким расходом промывных вод, необходимость специального оборудования для создания давления и проведения кислотного гидролиза при повышенной температуре.

Технической задачей изобретения является получение из растительного сырья сорбционного материала с повышенной сорбционной емкостью по отношению к ионам тяжелых металлов, который способен к биодеградации и безопасен для окружающей среды и обеспечивает расширение номенклатуры энтеросорбентов, сорбирующих, ионы цинка (Zn²⁺), кадмия (Cd²⁺), свинца (Pb²⁺), меди (Cu²⁺).

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение сорбента для извлечения ионов кадмия, свинца, цинка и меди из лузги подсолнечника, путем ее дробления, выдерживания в ферментном растворе препарата «ЦеллоЛюкс А» и высушивания до влажности не более 10±0,5 % и обеспечение утилизацию сельскохозяйственных отходов с получением ценных продуктов.

Измельченное до размера частиц 2 мм сырье лузги подсолнечника (ЛП) обрабатывают раствором ферментного препарата «ЦеллоЛюкс А» (производитель «Brendimaster», Россия) в соотношении фермент/субстрат по массе 0,5-1,5:50 и рН 5,5-6,5. Смесь выдерживают на водяной бане LOIP (производитель Россия) в течение 90-150 минут при температуре 45-55 °С, проводят периодическое перемешивание каждые 20 минут в течение 1 минуты, после чего отработанный раствор фермента сливают через перфорированную емкость с размером ячеек не более 1,5 мм и сорбционный материал промывают проточной водой до тех пор, пока промывные воды не станут прозрачными.

Полученный материал высушивают в сушильном шкафу на металлическом противне, на котором сорбент раскладывают слоем толщиной 0,5 см и подвергают нагреванию при температуре 100±5 °С до достижения влажности образцов не более 10±0,5 %. Высушенные до влажности не более 10±0,5 % сорбенты измельчают с помощью дробилки. Полученный порошок просеивают через вибрационный просеиватель до размера частиц от 1,0 до 1,5 мм.

В таблице 1 приведены характеристики готовых сорбентов из ЛП.

Таблица 1. Характеристики готовых сорбентов из ЛП

Наименование показателя Значение Цвет Серый Внешний вид Порошок без посторонних включений Размер частиц, мм 1,0±0,5 Влажность, % Не более 10 % рН водной вытяжки 4,0-6,0 Сорбционная емкость по йоду, мг/г* Не менее 30,0 ±4,5 Сорбционная емкость по метиленовому голубому, мг/г* Не менее 210,0±31,5 Сорбционная емкость по метиловому оранжевому, мг/г* Не менее 205,0±31,0 * - значения максимальной сорбционной емкости рассчитаны с использованием изотерм адсорбции

В таблице 2 приведены примеры влияния варьируемых параметров на сорбционную емкость полученных из ЛП сорбционных материалов относительно кадмия, свинца, цинка и меди при рН среды 7,2-7,6.

Для определения сорбционной емкости полученных материалов проводят статическую сорбцию.

Таблица 2. Влияние варьируемых параметров на сорбционную емкость полученных из ЛП сорбционных материалов

№ Режимные параметры Пример № 1 Пример № 2 Пример № 3 1 Соотношение ЦеллоЛюкс А / ЛП 0,5:50 1,0:50 1,5:50 2 Время нагревания гидромодуля, мин 90 120 150 3 Температура гидромодуля, °С 45 50 55 4 рН гидромодуля 5,5 6,0 6,5 Сорбционная емкость полученных материалов*, мг/г 4 Zn²⁺ 44 53 43 5 Cd²⁺ 35 47 48 6 Pb²⁺ 30 37 25 7 Cu²⁺ 54 78 67 ^* - значения максимальной сорбционной емкости рассчитаны с использованием изотерм адсорбции

Для этого сорбционный материал в количестве 20 г/л вносят в модельные растворы, которые представляют собой 0,01 М фосфатно-солевой буфер (7,2-7,6), содержащий ионы металлов (Zn²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺) c различной начальной концентрацией металлов и проводят процесс сорбции в течение 1 часа при постоянном перемешивании и термостатировании при температуре 22+2 °С. Затем модельные растворы отфильтровывают и определяют остаточное содержание ионов металлов на приборе анализатор вольтамперометрический TA-lab (Томьаналит).

Расчет максимальной сорбционной емкости А, мг/г проводят по формуле:

А = , (1)

где С_н - начальная концентрация раствора, мг/дм³;

С_р - равновесная концентрация раствора, мг/дм³;

m - масса сорбента, г;

V - объем раствора, дм³;

Полученные, согласно предлагаемому изобретению, порошкообразные сорбенты из ЛП могут быть использованы для очистки сточных вод от ионов кадмия, свинца, меди и цинка. Изобретение может быть использовано в медицине, ветеринарии, фармацевтической промышленности, а также для очистки сточных вод и обеспечивает утилизацию сельскохозяйственных отходов с получением ценных продуктов.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способу получения сорбента на основе растительных полимеров, в качестве которых используют лузгу подсолнечника. Способ получения сорбционного материала на основе растительных полимеров, в качестве которых используют лузгу подсолнечника, предназначенный для извлечения ионов цинка, кадмия, свинца и меди, при котором лузгу подсолнечника измельчают до размера частиц 2 мм, обрабатывают раствором ферментного препарата «ЦеллоЛюкс-А» в соотношении 0,5-1,5:50 по массе, при рН 5,5-6,5, выдерживают на водяной бане в течение 90-150 мин при температуре 45-55 °С, проводят периодическое перемешивание каждые 20 мин в течение 1 мин, после чего отработанный раствор фермента сливают через перфорированную емкость с размером ячеек не более 1,5 мм, промывают проточной водой до тех пор, пока промывные воды не станут прозрачными, полученный сорбционный материал высушивают, для чего раскладывают его слоем толщиной 0,5 см и подвергают нагреванию при температуре 100±5 °С до достижения влажности не более 10±0,5 %, затем измельчают с помощью дробилки и просеивают через вибросита для получения частиц от 1,0 мм до 1,5 мм. Вышеописанный способ позволяет получить материал с повышенной сорбционной емкостью по отношению к ионам тяжелых металлов, который способен к биодеградации и безопасен для окружающей среды и обеспечивает расширение номенклатуры энтеросорбентов, сорбирующих ионы цинка (Zn²⁺), кадмия (Cd²⁺), свинца (Pb²⁺), меди (Cu²⁺). 2 табл.

Способ получения сорбционного материала на основе растительных полимеров, в качестве которых используют лузгу подсолнечника, предназначенный для извлечения ионов цинка, кадмия, свинца и меди, при котором лузгу подсолнечника измельчают до размера частиц 2 мм, обрабатывают раствором ферментного препарата «ЦеллоЛюкс-А» в соотношении 0,5-1,5:50 по массе, при рН 5,5-6,5, выдерживают на водяной бане в течение 90-150 мин при температуре 45-55 °С, проводят периодическое перемешивание каждые 20 мин в течение 1 мин, после чего отработанный раствор фермента сливают через перфорированную емкость с размером ячеек не более 1,5 мм, промывают проточной водой до тех пор, пока промывные воды не станут прозрачными, полученный сорбционный материал высушивают, для чего раскладывают его слоем толщиной 0,5 см и подвергают нагреванию при температуре 100±5 °С до достижения влажности не более 10±0,5 %, затем измельчают с помощью дробилки и просеивают через вибросита для получения частиц от 1,0 до 1,5 мм.