Способ получения азотсодержащего производного гидролизного лигнина Советский патент 1987 года по МПК C07G1/00 

1

Изобретение относится к химической переработке растительных материалов, в частности к усовершенствованному способу получения азотсодержащего производного-гидролизного ли1 нина, используемого в качестве сорбента анионов тяжелых металлов и сточных вод.

Цель изобретения повышение сорб- ционной емкости азотсодержащего производного гидролизного лигнина в отношении анионов тяжелых металлов. Это достигается использованием определенной по рН среды для обработки исходного лигнина.

Пример 1. В стеклянную кол бу на 250 мл последовательно вводят 2 г воздушно-сухого технического 1 идролизного лигнина и 100 мл водно щелочного раствор-а алкилтриметилам- монийхлорида (ATM) с концентрацией 10 г/л, имеющего рН 10,0 (добавлени 0,1 н. раствора NaOH или 20-25%-ного раствора NH ОН). Колбу закрывают плотно пригнанной резиновой пробкой Вещества, периодически перемешивая выдерживают в контакте в течение 70 ч при 20 + и атмосферном давлении. Затем твердый продукт отделяют от раствора, промывают дистиллированной водой и сушат на воздухе при комнатной температуре.

Используя полученный сорбент, снимают изотерму сорбционного вьще- ления молибдат-иона из кислых водны растворов (рН 2-4) в диапазоне исходных концентраций i МоО/ 50 - 200 мг/г. Рассчитанное по уравнению Лэнгмюра значение статической емкости сорбента составляет 78,67 мг/г или 0,82 ммоль/г. Динамическая емкость сорбента составляет 51,08 мг/ или 0,53 ммоль/г.

Пример 2. 2г воздушно-сухого техническо1 о гидролизного лигнина помещают в колбу емкостью 250 мл. Затем в колбу заливают 100 мл водно-щелочного раствора ATM с концентрацией 10 г/л, имеющего рН 12 (добавление 0,1 н. раствора NaOH или

20-25%-ного раствора NH.OH). Колбу

t

закрывают плотно пригнанной резиновой пробкой. Вещества, периодически перемешивая, выдерживают в контакте в течение 70 ч при т. 20+ + 2 С и атмосферном давлении. Полученный твердый продукт отделяют от раствора, промывают дистиллирован

5

0

воздухе при ком5

НОИ водой и сушат на натной температуре.

-Статическая емкость полученного сорбена по аниону WO определенная способом по примеру 1, равна 84,21 мг/г или 1,65 ммоль/г, а динамическая сорбционная емкость по тому же аниону составляет 55,82 мг/г или 1,095 ммоль/г.

В предлагаемом способе активирования сорбента осуществляют обработку гидролизного лигнина водным раство- ром алкил-триметиламмонийхлорида с концентрацией 5-10 г/л в присутствии щелочного реагента. Уменьшение концентрации ATM (5 г/л) приводит к уменьшению сорбционной емкости конечного продукта ( 2 раза). Это связано с тем, что не достих ается полного насыщения сорб.ента ATM. Дальнейшее увеличение концентрации ATM (,10 г/л) нецелесообразно из-за большого расхода модифицирующего реагента, что приводит к значительному снижению экономичности предлагаемого способа модификации.

Исследование сорбционных свойств активизированного азотсодержащего сорбента в отношении анионов тяжелых цветных металлов (в частности молибдена, вольфрама, ванадия) проводят в в статических (1-я методика) и динамических (2-я методика) условиях.

Пример 3.Статистическое исследование (1-яметодика).В стеклянные колбы на 250 мл с резиновыми плотно пригнанными пробками последовательно вводят 100 мл водного раствора солей тяжелых цветных металлов (рН 2-3) в диапазоне исходных концентрацией металлов 50-200 мг/л и О,1 г воздушно-сухого технического гидролизного лигнина (фракция

5 1,000-0,630 мм). Сорбционные системы выдерживают в течение 2 ч при Постоянном перемешивании раствора с помощью механической платформы ( качаний в минуту). Затем

0 фильтрат анализируют на остаточное, содержание металлов в растворе. Величину статической емкости сорбента определяют графоаналитическим способом из изотерм сорбции

5 Лэнгмюра.

П р и м е р 4. Динамическое исследование (2-я методика)1 Водные растворы солей тяжелых цветных металлов с исходной концентрацией ме0

5

0

3таллов 190-200 мг/л и величиной рН 2-3 фильтруют через слой активированного сорбента (2 г модифицированного г идролизного лигнина, фракции 1,000-0,630 мм), загруженного в стеклянную колонку.площадью сечения 0,79 см. Скорость фильтрования 0,3-0,5 мл/мин. Температура . Величины динамических емкостей сорбента определяют по выходным .кривым динамики сорбции.

При проведении повторных опытов не получают резко отклоняющихся результатов, что указывает на подчинение случайных ошибок измерения - нормальному закону распределения вероятностей. Величина среднего квадратичного отклонения (-S 0,194 мг/г для молибдена) укладывается в пределы допустамого интервала (для молибдена 3,5 мг/г), что говорит о достоверности приводимых экспериментальных данных.

Сопоставление сорбционной емкости неактивизированного гидролизного лигнина,активизированного по известному и предлагаемому способам в отношении анионов молибдена и вольфрама приведено в табл. 1.

Оптимальная величина рН активизирующего сорбент раствора составляет 10-12.

В табл. 2 приведены экспериментальные данные по сорбции анионов тяжелых цветных металлов гидролизным лигнином, модифицированным водным раствором алкилтриметиламмоний- хлорида при различных величинах рН раствора.

При меньшем значении щелочности (рН 8,0) не достигается эффекта полного насьщения сорбента ATM, так как величина рН раствора недостаточная для перевода ATM в полностью недиссоциированное состояние. Это приводит к значительному уменьшению сорбционной емкости конечного продукта в отношении анионов тяжелых цветных металлов. В более щелочной среде (рН 12) имеет место процесс частичного растворения сорбента, чт делает его использование в процессах очистки производственных сточных вод малоэффективным.

Активизированный сорбент, полученный по предлагаемому способу, ре86601.4

комендуется для сорбции анионов тяжелых цветных металлов, способных в кислых растворах образовывать поликислоты. К таким металлам относятся

5 молибден, вольфрам, ванадий. Интервал величин рН 2-3 является оптимальным для процесса сорбции, соответствует наибольшей степени полимеризации поликислот, и в этих условиях

fO имеет место максимальная степень извлечения анионов тяжелых цветных металлов из растворов модифицированным гидролизным лигнином (см. табл. 3).

15

Зависимость степени извлечения анионов молибдена модифицированным гидролизным лигнином от рН раствора , 1,06 ммоль/л (исходная 20 концентрация Мо), (. т гл 1 г/л; (количество лигнина), t 20 ± 2°С представлена в табл. 3.

Отработанный сорбент можно под- 5 вер гать термической обработке, в результате которой получают легко утилизируемую золу, содержащую До 60% металлов, или же отработанный гидролизный лигнин можно применять 30 в качестве намывного слоя в процессах механического обезвоживания .осадков сточных вод.

Таким образом, активизированный 35 азотсодержащий сорбент, полученный по предлагаемому способу, может быть использован для сорбции анионов тяжелых цветных металлов, способных образовывать в кислых растворах по- ликислоты (в частности, для сорбции молибдена, вольфрама, ванадия).

Формула изобретения

45 Способ получения азотсодержащего производного гидролизного лигнина путем обработки исходного технического гидролизного лигнина водным раствором С д- С -алкилтриметилам50 монийхлоридом с концентрацией 5 - 10 г/л, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения сорбционной емкости целевого продукта в отношении анионов тяжелых металлов,

55 процесс проводят в присутствии щелочи при рН среды 10-12.

12866016

Таблица 1

Гидролизный

лигнин (ГЛ)4-82-4

ГЛ + щелочь 7-103-5

ГЛ + ATM22-2614-18

ГЛ + щелочь +

+ ATM80-8552-58

римечание. ГЛ- технический гидролизный лигнин;

ATM - технический алкил- триметиламмонийхло- рид общей формулы К(СНз) где R - - алкил С -C,g с концентрацией 5-10 г/л.

Таблица 2

ГЛ+щелочь+ +АТМ

10-1278,67

Примечание. С

ttcx

рН

1,0 1,95 2,12,43,04,055,15,95

Степень извлеченияS, % 1,6

15,2 42,8 48,0 42,6 34,0 1,7 1,7

ВНИИПИ Заказ 7681/24 Тираж 347 Подписное

-«.-.-.-. - -.- ---- - - - - - - - --- - - - . -----. - -.-. - - -.-.-. - -.---.-«.- -

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

84,21 .

1,94 ммоль/л (исходная концентрация W)

Таблица

Изобретение касается химической переработки растительных материалов, в частности получения азот-- содержащего производного гидролизного лигнина (АГЛ), используемого для сорбции анионов тяжелых металлов из сточных вод. Для обеспечения лучшей сорбционной емкости в отношении анионов тяжелых металлов в способе предусматривается обработка в определенной по рН среде. Получение АГЛ ведут обработкой исходного технического лигнина водным раствором -Цд -алкилтриметил- аммонийхлорида с концентрацией 5-10 г/л в присутствии щелочи при рН среды 10-12. Полученный продукт отделяют и сушат. Испытания АГЛ-сор- бента анионов, например, МоО или WO показывает, что статистическая емкость МоО составляет 78,67 мг/г или 0,82 ммоль/г, динамическая емкость 51,08 мг/г или 0,53 ммоль/г, а для статическая емкость 84,21 мг/г или 1,65 ммоль/л, динамическая 55,82 мг/г или 1,095 ммоль/ /л, против 22-26 мг/г и 14-18 мг/г соответственно для известного лигнина (без щелочи). Степень извлечения анионов из кислых растворов составляет 42,8-48 при рН 2,1-2,4. 3 табл. с (Л ь 00 05 О5