Способ получения лигнинового субстрата для выращивания растений Советский патент 1992 года по МПК A01G9/10 C05F11/02 

.:,:.: «- ;- :., -:;v- V ;1 :: .... .. -.V - :

(21)4860874/13 ;

{22)02.07.90(46) 15.10.92. Бюл. №38 (75) З.Г.Олейник./; W,

(56)Авторское свидетельство СССР

№ 1411323, кл. С 05 F 11/02,1987.:

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГНИНОВОГО СУБСТРАТА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ. -.-./ ;- и,::-.:/:-,-.;t ,.; ;;:;

(57)Использование: Сельское Хозяйство, для выращиваний растений на искусственных

питательных субстратах. Сущность изобре- тенияг гидролизный лигнин обрабатывают последовательно тдроокисью кальция в виде извёсткрвогЬ молока до рН 3.0-4,4, а затем гидроокисью амм(зния доводят рН до 6,0-7,5, после чего вводят элементы питания растений. При этом фосфор вносят в виде гранулированного суперфосфата, а микроэлементы - в виде хелатрв в 2-3-кратных по отношению к общепринятым кормам, 1 З.П, ф-ЛЫ.: ,: : ..

Изобретение относится к сельскому хо зяйству, а более конкретно к растениеводству, и может быть использовано для выращивания растений в открытом и закрьК Том грунтах, в домашних условиях, для приготовления грунтовых смесей, а также для выращивания зелёной массы на фермах и с использованием промышленных установок

(цехов). ;..; .-.-.;. - /V

Лигнин,- органические полймернбе соединение, содержащееся в оболочках клеток сосудистых растений и вызывающее их одревеснение. : - v ....; . ;

Лигнин повсеместно распространен во внешней среде в виде продукта естественного разложения растительности, особенно древесины.

Широкое распространение также пол- .учил гидролизный лигнин, который является высокомолекулярным биологически активным органическим веществом с токсичными для живых организмов свойствами, обусловленными остаточными количествами серной кислоты, используемой в качестве

катализатора при Ёысокотемгтё а1 рноМ гидролизе растительного сырья. Многотон- нажныё отходы гидролизного производства утилизируются в основном в отвалах и являются мощными загрязнителями внешней среды серной кислотой;. /

В сельском хозяйстве существует проблема дефицита органических удобрений. В связи С этим использование в качестве удобрения гидролизного лигнина после нейтрализации его токсических свойств приобретает актуальное значение как с экономическЬй, так и с экологической ТОЧКИ Зрения; :; Ч. :ч -:

В интенсивном растениеводстве во всём мире широко используют преимущества способов выращивания растений без почвы на искусственных питательных средах, получивших общее название гидропоника.

Одной их разновидностей гидропоники является хёмопоника, при которой в качестве корнеобитаёмых субстратов применяют торф верховой, древесную кору, опилки и

ДР-:

.---Ё

XJ

о со

о

NJ

ю

Для хемопонного выращивания растений большой интерес представляет использование в качестве корнеобитаемого субстрата гидролизного лигнина. Однако наличие в нем токсических остаточных количеств серной кислот ы (0,5-2 %) и отсутствие надежного способа их детоксикации является ограничительным критерием использования гидролизного лигнина .в народном хозяйств%, Т7Гг Ж 2Ш йкохозпйственном производстве, по гидролизной промышленности ст нй из года si-од около 65% (почти 2 млн.т) гидролизног лигнина вывозится в , а транспортные расходы составляют около 2 р./т.

Известны способы получения органического удобрения на основе аммонизированного лигнина, заключающиеся в обработке гидролизного лигнина водным аммиаком.

Однако полученное таким образом органическое удобрение не может отвечать требованиям субстрата в связи с тем, что в результате нейтрализации аниона серной кислоты аммиаком образуется физиологический кислый продукт-аммоний сернокислый, который существенно подкисляет субстрат.

Наиболее близким (взятым за прототип) техническим решением к заявляемому способу является способ получения субстрата для выращивания растений Субстрат состоит из смеси торфа si лигнина (20-50) (50-80) Способ заключается в смешивании гидролизного лигнина с органическим мелиорантом, а качестве которого используют 2-4%-ную водную суспензию продуктов гидролиза торфа водным раствором гидроокиси калия или аммиачной водой до рН 8,5-10,5. Суспензию используют в количестве, обеспечивающем нейтрализацию лигнина до рН 5-6. Перед использованием суспензию разделяют на водорастворимую фракцию (надосадочную) и осадок Гидролизный лигнин вначале смешивают с водорастворимой (надосадочной) фракцией, смесь известкуют до рН 6,5-7,5 и затем смешивают с осадком гидролизата торфа В полученный продукт лигнина дополнительно вводят торф при массовом соотношении торфа и лигнина (20-50) (50-80)

Из приведенного способа видно, что нейтрализация токсических остаточных количеств (0,5-2,0%) серной кислоты и органических кислот в гидролизном лигнине (рН от 1,6 до 1б,0) проводится гидратом окиси калия с образованием сернокислого калия и солей органических кислот (нейтрализация серной кислоты почти полностью оканчивается при рН до 3,0-3,4, а изменение рН от 3,4 до 6 происходит за счет нейтрализации органических кислот). Нейтрализация серной и органических кислот аммиаком (гидратом окиси аммония) с образованием сернокислого аммония и солей органических кислот по

значениям условий рН аналогична вышеуказанным.

Недостатком используемых нейтрализующих щелочных реагентов является to. что продукты нейтрализации серной киспо0 ту являются легко диссоциирующими и находятся в растворенном состоянии в достаточно высокой концентрации. Более того, при нейтрализации аммиаком образовавшийся аммоний сернокислый обладает

5 физиологически кислыми свойствами, отсутствие направленной (детоксикационной) нейтрализации серной кислоты реагентом с образованием плохо растворимого продукта, например, гипса, а добавление гидро0 окиси кальция после нейтрализации серной кислоты дружми щелочными реагентами только лишь ухудшает качество субстрата за счет создания избытка свободного кальция. который связывает в плохо доступные для

5 растений питательные вещества.

Способ многокомпонентный, сложный и громоздкий, особенно за счет многократных перемешиваний путем перебуртовки. подсушивания лигнина с повторным насы0 щением его влагой (водной суспензией продуктов гидролиза торфа гидроокисью калия или аммония) и др. Надежность смешивания ингредиентов путем перебуртовки на площадке низка, а продолжительность процес5 са нейтрализации большая - до 5 суток.

Лигнин гидролизный по своим физико- химическим свойствам, кроме содержания токсических остаточных количеств серной кислоты (0,5-2%), может быть прекрас0 ным корнеобитаемым субстратом: размер частиц колеблется в широких пределах (0,001-10 мм) и зависит в основном от грану- лометрического состава гидролизуемого сырья, влагоемкость составляет 3005 450%, содержит вещества лигногумино- вого комплекса (5-15%), достаточно стойкий к гниению, обладает выраженными ионообменными свойствами, особенно после модификации его щелочными реагента0 ми Если надежно обезвредить серную кислоту, нет необходимости осуществлять способ по прототипу с целью повышения водоудерживагощей способности и усовершенствования гранулометрического соста5 ва лигнина, тем более столь сложным и трудоемким способом.

Целью изобретения является повышение качества корнеобитаемого субстрата гидролизного лигнина и упрощение способа его получения.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве корнеобитаемого субстрата используют гидролизный лигнин после двухступенчатой его нейтрализации: остаточные количества серной кислоты нейтрализуют до рН 3,0-4,4 точно установленной титрованием дозой гидроокиси кальция в виде известкового молока с образованием плохо растворимого гипса, а другие кислоты, в основном органические, нейтрализуют точной дозой водного аммиака до рН 6,0-7,6. С целью уменьшения фосфатации соединение фосфора в субстрат вводят в виде гранулированного суперфосфата после процесса кальцинирования. Количество фосфора и хе- латов железа, бора, марганца и цинка вводят в 2-3-кратных дозах от общепринятых для питательных гидропонных растворов.

Обработка гидролизного лигнина гидроокисью кальция позволяет обезвредить токсические остаточные количества серной кислоты, а последующая обработка (доней- трализация) раствором аммиака исключает внесение в субстрат избытка кальция, который неблагоприятно влияет на питание рас- тений за счет образования плохо- и недоступных растениям соединений элементов питания, в т.ч. за счет фосфагирова- ния. Насыщение полученного при этом лигнина кальцинированно-аммонизирован- ного элементами минерального питания позволяет создать субстрат (лигнопон) для выращивания растений в закрытом и открытом грунтах и горшковом растениеводстве, а также для улучшения плодородия грунтов парников, огородов и т.п. Особую ценность лигнопон представляет для выращивания в животноводческих помещениях витамин- но-минеральной зеленой подкормки для молодняка животных и птицы. Остаток лиг- нина в составе корневой системы вместе с зеленой массой хорошо поедается животными без отрицательных последствий. Более того нейтрализованный лигнин обладает, как доказано, хорошими адсорби- рующими лечебными и выраженными ионнообменными свойствами. Таким образом обеспечивается достижение цели.

Сущность способа поясняется нижеследующим описанием. Гидролизный лигнин после лабораторного определения величины (дозы) кальцинирования до рН 3,0-4,4 (по метилоранжу)и величины донейтрализации аммиаком до рН 6-7,5 (по бромтимолу синему) путем титрования аликвотной водной вытяжки (1:10) разбавленным в 40 раз известковым молоком и водным аммиаком (25%- ный водный аммиак разбавляют также в 40 раз), подвергают обработке в производственных условиях необходимыми дозами известкового молока и водного аммиака, При этом содержащиеся в гидролизном лигкине токсически действующие ла растения остаточные количества серной кислоты нейтрализуются гидроокисью кальция с образованием выпадающего в осадок плохо растворимого в воде кальция сульфата (гипса), а другие кислоты, в основном органические, нейтрализуются аммиаком с образованием аммонийных солей.

В лигнине кальцинированном неизбежно содержится некоторое избыточное количество свободных катионов кальция как за счет растворения образовавшегося сульфата кальция, так и возможно за счет не полностью прореагировавшей гидроокиси кальция. Свободный кальций неблагоприятно может сказываться на росте и развитии растений в связи с тем, что фосфор, железо и некоторые другие микроэлементы при избытке кальция переходят в связанное состояние и растения испытывают недостаток в этих элементах питания, хотя они содержатся в субстратах в необходимом количестве.

Для устранения недостаточности в питании растений и создания запаса минеральных веществ в субстрат вводят фосфор, железо, бор, марганец и цинк в 2-3-х кратных дозах. Минеральные вещества в субстрат добавляют только после обработки гидролизного лигнина гидроокисью кальция и раствором аммиака. Железо и другие микроэлементы вводят в виде внутрикомплекс- ных (хелатных) соединений, например, С лим онной кислотой, являющейся активным комплексообразователем.

Пример конкретного выполнения способа получения лигнопона.

Подготовка к нейтрализации гидролизного лигнина. Навеску массой 50 г влажного гидролизного лигнина помещают в стеклянный стакан вместимостью 350-500 см3, зали- вают 150 см3 горячей воды, хорошо перемешивают в течение 2-3 мин и оставляют стоять на 2-3 мин для оседания лигнина. Затем надосадочную жидкость сливают на вставленный в воронку фильтр, а в стакан к лигнину приливают новую порцию воды объемом около 100 см , перемешивают и после оседания лигнина жидкость также Сливают на фильтр. Промывку повторяют еще 2-3 раза по 75-100 см воды Промывные воды после фильтрования переносят в мерную колбу вместимостью 500 см3, обьем содержимого колбы доводят дистиллированной водой до метки и используют полученный фильтрат для проведения испытания.

Приготовление раствора-суспемчии известкового молека.

Известковое молоко удельным весом 1,10-1,15 готовят из негашеной извести с содержанием не менее 85% кальция окиси по технологическому регламенту для гид- ролизно-дрожжевых и спиртовых произ- водств. Из хорошо перемешанной средней пробы известкового молока отбирают пробу объемом 5 см3, переносят в колбу и доливают 195 см3 воды дистиллированной, ополаскивают внутренний канал пипетки и хорошо перемешивают. Полученный раствор-суспензию гидроокиси кальция используют для титрования водных вытяжек из гидролизного лигнина.

Приготовление раствора водного амми- ака.

В колбу помещают 195 см воды и 5 см (точно) водного аммиака 25%-ного, перемешивают и ополаскивают внутренний канал пипетки содержимым колбы.

Определение дозы известкового молока, необходимой для нейтрализации остаточных количеств серной кислоты в гидролизном лигнине,

В стакан вместимостью 250-300 см мерной колбой переносят 100 см2 вытяжки (промывные воды) из навески лигнина, прибавляют 3-4 капли 1 %-ного спиртового раствора фенолфталеина и титруют раствором-суспензией гидроокиси кальция (разве- денное в 40 раз известковое молоко) до желтой окраски. Титрование повторяют яе- сколько раз и вычисляют среднее арифметическое.

Определение дозы водного аммиака, необходимой для нейтрализации кислот в гидролизном лигнине.

В стакан к вытяжке после титрования гидроокисью кальция прибавляют 4-5 ка- пель раствора бромтимола синего и продолжают титровать раствором водного аммиака до синей окраски. Титрование повторяют несколько раз.

Обработка результатов.

а. Объем известкового молока (Уизв.), необходимый для кальцинирования 1 кг лини- на гидролизного.вычисляют по формуле

Уизв.СМ3/КГ

Уо Vi 1000 40 Va in

(1)

где V0 - объем раствора кальция гидроокиси, израсходованный на титрование 100 см вытяжки из лигнина, см ;55

Vi - общий объем (500 см ) вытяжки (фильтрата), см ;

V2 - объем вытяжки (фильтрата), взятый на титрование, см3;

5 10

15

0

5 0

6

0

5

0

5

40 - кратность дополнительного разведения известкового молока (200:5 40);

m - масса (50 г) навески лигнина, г.

б. Объем водного аммиака (/ам), необходимый для донейтрализации кислот в гидролизном лигнине вычисляют по той же формуле (1). Обычно для нейтрализации кислот необходимо 0,4-0,6 объема водного аммиака к объему известного молока, вычисленного по формуле (1). .

Нейтрализация гидролизного лигнина.

Нейтрализация остатков серной кислоты и других кислот в лигнине гидролизном (влажностью около 65%) проводят известковым молоком удельным весом 1,10-1,15, а донейтрализзцию других кислот до рН 6,0-7,5 проводят 25%-ным водным аммиаком.

Нейтрализацию проводят в порционных смесителях с механической мешалкой.

Загружают смеситзль порцией лигнина гидролизного (например, 5 т), включают мешалку и с помощью соответствующего дозатора подают небольшими порциями хорошо перемешанное известковое молоко (например, 1БО дм3 на 5 т). После окончания подачи известкового р олока начинают подачу водного аммиака (например, 90 дм3/5 т).

Изготовление лигнопона.

В смеситель при постоянном перемешивании из отдельных дозаторов прибавляют:

а)суперфосфат гранулированный (например, 10 кг/5 т), увлажненный раствором железа сернокислого 7-эодного (например. 1,2-1,5 дм 18-20 % -н ого жел еза сернокислого на 1,5-2%-иом растворе лимонной кислоты), перемешивают 10-15 минут;

б)раствор других минеральных удобрений (например, 50 дмЗ/5 т), содержащий в 50 дм : 1.5 кг аммония азотнокислого, 5 кг калия азотнокислого и 2.5 кг магния азотнокислого;

в)маточный раствор химикатов микроэлементов на 1%-ном растворе лимонной кислоты (например, 2,5 дм3/5 т), дополнительно разведенный 1:10 водой (например, 2,5 дм3 и 22,5 дм3 воды). Состав маточного раствора, г/дм : марганец сернокислый 5-ти водный - 40, кислота борная - 20, цинк сернокислый 7-миводный - 3, аммоний молибденоаокислый - 1, медь сернокислая 5-тиводная - 2, кобальт азотнокислый 4-хводный - 2, кислота лимонная - 10.

После внесения в смеситель всех компонентов перемешивание продолжают в течение 20-30 мин.

Лигнопон может изготовляться также подругой рецептуре (как по макро-, так и по микроэлементному составу).

При необходимости проводят сушку лигнопона при температуре не более 100°С и не допуская его измельчения (с образованием не более 5% фракции с размером частиц менее 0,1 мм).

Заявителю не известен другой способ .получения лигнинового субстрата (лигнопо- на), содержащий подробное техническое решение с названными признаками, что позволяет признать заявляемое решение соответствующим критериям.новизна и существенные отличия.

Таким образом, нейтрализация гидролизного лигнина двухступенчатым способом (остаточных количеств сефной кислоты гидроокисью кальция с образованием нетоксичного и плохорастворимого гипса и донейтрализация в основном органических кислот аммиаком) обеспечивает обезвреживание его токсичности, устранение неблагоприятного влияния на растения возможного избытка кальция и сохранению полезных физико-химических свойств кор- необитаемого субстрата, а насыщение такого субстрата макроэлементами и хелатными микроэлементами дает возможность получить

лигнопонный субстрат (лигнопон) для выращивания растений.

Лигнопон дает возможность предельно упростить агротехнику выращивания гидропонного зеленого корма с использованием промышленных установок и цехов, а также выращивать непосредственно на животноводческих фермах витаминно-минеральной железной подкормки, поедаемой животными без остатка вместе с лигнином.

Формула изобретения

2.Способ по п,1, отличающийся тем. что из элементов питания вводят фосфор в виде гранулированного суперфосфата и микроэлементы в виде хелатов в 2-3-кратных дозах по отношению к общепринятым нормам.