Способ обработки гидролизного лигнина Советский патент 1993 года по МПК C07G1/00 

Изобретение относится к химии лигнина и его производных, а именно к способам переработки гидролизного лигнина, и может быть использовано в химической промышленности при получении ценных для народного хозяйства продуктов, Целью изобретения является повышение качества продукта за счет его тонкого

измельчения, активации, обеззоливания. при одновременном увеличении эффективности процесса его производства.

Поставленная цепь достигается тем, что гидролизный лигнин суспендирует в воде, обрабатывают при помощи серии электрогидравлических ударов - сильноточных импульсных разрядов в водно-пигниновои

суспензии и разделяют суспензию на жидкую и твердую фазы.

Заявляемый способ реализуется с помощью устройства, состоящего из генератора импульсного тока (ГИТ), подключенного через соединительные шины к жидкостной разрядной ячейке. Жидкостная разрядная ячейка представляет собой сосуд, в который введены электроды, один из которых может быть соединен с корпусом сосуда.

Ячейка предварительно заполняется водно-лигниновой суспензией так, чтобы оба электрода оказались погруженными в ней..

При приложении разности потенциала к столбу водно-лигниновой суспензии и обеспечивании необходимых условий (достаточной величины и скорости нарастания разности потенциалов, малого сопротивления источника тока и т.д.) формируется электрогидравлический удар (ЭГУ) - в канале разряда, возникающего при импульсном пробое суспензии, происходит быстрое выделение значительной энергии и образуется плазма С температурой до 14 К, которая затем расширяясь генерирует ударные и мощные звуковые волны с гидростатическим давлением до 10 - 103 МПа. ЭГУ сопровождается протеканием различных плазмохимических и химических реакций.

Длительность ЭГУ t « т, где т- время зарядки конденсатора ГИТ до необходимого напряжения. По окончании разряда конденсатора и включении разрядника процесс повторяется через время т.

Данный способ не требует предварительной сушки гидролизного лигнина, поскольку ЭГ-обработки производится при комнатной температуре, то, соответственно, не требуется предварительный подогрев суспензии до более высоких температур. Предлагаемый способ не требует применения химических реагентов и не приводит к появлению опасных с точки зрения экологии отходов, в том числе пылевых-выбросов.

После завершения обработки водной лигниновой суспензии серией ЭГУ производится отделение водной фазы от суспен- дированных твердых частиц.

Получаемый твердый продукт представляет собой мелкодисперсный коричневый порошок лигнина со степенью дисперсности, достаточной для его использования в качестве наполнителей эластомеров или дальнейшего получения активированных углей. При этом сам продукт представляет активированный лигнин, поскольку содержание в нем гидроксильных групп в 1,5-2 раза больше, чем в техническом гидролизном лигнине, Зольность лигнина после ЭГ-обработки уменьшается в 5-10 раз, что также обеспечивает высокую ценность этого продукта для получения активирован- ных углей. Кроме того продукт получаемый по предлагаемому способу, не содержит водорастворимых веществ (моносахарйдов, органических и минеральных кислот, низкомолекулярных фенольных соединений), ко

торые входят в состав технического

гидролизного лигнина. Таким образом по своему химическому составу лигнин после обработки серией ЭГУ существенно отличается от лигнинов, получаемых другими.шве- стными способами обработки.

Водный раствор, получаемый после ЭГ- обработки представляет собой слабокислый раствор с рН 2-3, в котором содержатся

продукты перешедшие из технического лигнина. В состав растворенных продуктов входят: глюкоза, органические (муравьиная, уксусная и др.) кислоты, низкомолекулярные фенольные соединения (фенол, гваякол,

о-, м-крезолы, ванилиновая, пирокатехино- вая и диоксибензойная кислоты, ванилин, о-метаксибензальдегид, глицериновый альдегид), а также минеральные соли.

Химический состав раствора, который

включает глюкозу с концентрацией 0,2- 0,4% и фурфурол с концентрацией меньше 0,01 %, позволяет использовать его в качестве субстрата для получения биомассы.

П р и м е р 1. Электрогидравлическая установка состоит из емкостного накопителя (емкость С 1-5 мкФ), подключенного через управляемое разрядное устройство и токоподводы к разрядной камере объемом

1,5 л. Разрядную камеру заполняем водной лигниновой суспензией с концентрацией абсолютно сухого технического гидролизного лигнина 32 г/л, Технический гидролизный лигнин (Зи-минского гидролизного

завода) представляет гетеродисперсную систему с размером частиц от 5 мм до нескольких микрон, По химическому составу это сложный комплекс веществ, включающий малореакционно-способную макромолекулярную сетку лигнина (60-65%), трудногид- ролизуемые полисахариды (10-15%), вещества экстрагируемые смесью этанола и бензола (20-25%), зольные элементы (5- 6%), органические вещества экстрагируемые водой (4-5%), Обработка водной лигниновой суспензии в разрядной камере проводится серией электрогидравлических ударов, возникающих при разряде емкостного накопителя (напряжение зарядки конденсатора Uo 30-40 кВ) в течение 2--5 мин.

Обработанная суспензия разделялась на жидкую и твердую компоненты фильтрованием.

Гранулометрический состав твер дой фазы проводился с помощью ситового ана- 5 лиза. Содержание углерода,водорода, зольных элементов определялось с помощью количественного элементного микроанализа, а содержание ОН-групп - по методу Вер- лея. ...10

Для определения компонентного состава водорастворимых веществ проводилась экстракция водного раствора диэтиловым эфиром, что позволило выделить эфироизв- лекаемыё вещества (ЭКВ) и зфиронеизвле- 15 каемые продукты (ЭНП). Из ЭКВ методом дробной экстракции диэтиловым эфиром при различных рН выделены фракции: фенолов, фенол-карболовых кислот и нейтральных веществ. С помощью колоночной 20 хроматографии, тонкослойной хроматогра- фии и высокоэффективной жидкостной хроматографии в них были идентифицированы: фенол, гваякол, о-, м-крезолы, ванилиновая, пирокатехиновая, 2,4-диоксибензойная 25 кислотМ, ванилин, о-метоксибензальдегид, фурфурол, глицериновый альдегид.

., В составе ЭНП методами бумажной и высокоэффективной жидкостной хроматографии идентифицирована глюкоза. Другие 30 моносахара, а также поли- и олигосахариды не обнаружены. Кроме глюкозы, в состав ЭНП входят минеральные соли (30-50% от массы ЭНП). Методами рентгеноспектраль- ного и атомно-адсорбционного анализа ус- 35 тановлено наличие солей: Са, Fe, Na, Ba, Sr, AJ, а также SI, Доминирующим элементом я вля- ется Са. Содержание остальных элементов на 2-3 порядка меньше.

Л40 Данные по гранулометрическому и элементному составу твердого лигнинового продукта, содержанию в нем ОН-групп, а также содержание ЭКВ и ЭНП в водном растворе представлены в.таблице. 45

П р и м е р 2. Водная суспензия с концентрацией технического гидролизного лигнина 65 г/л обработана по примеру 1.

П р и м е р 3. Водная суспензия с концентрацией технического гидролизного лигнина 100 г/л обработана по примеру 1.

П р и м е р 4. Водная суспензия с концентрацией технического гидролизного лигнина 140 г/л обработана по примеру 1.

Данные для примеров 2-4 по гранулометрическому и элементному составу твердого лигнинового продукта, содержание ЭКВ и ЭНП в водном растворе, полученные согласно примеру 1 представлены в таблице.

Сопоставление результатов, полученных в примерах 1-4, и характеристик технического гидролизного лигнина( см. таблицу) показывает, что при обработке серией ЭГУ суспензий с различной концентрацией лигнина обеспечивает его тонкое измельчение (доля частиц с размером больше 0,5 мм уменьшается в 4-20 раз, а частиц с размером меньше увеличивается в 2-3 раза). При этом происходит активация лигнина, его обеззоливание и освобождение от водорастворимых органических продуктов. Состав этих продуктов в примерах 1-4 качественно подобен. Содержание в них редуцирующих веществ 0,2%, фурфурола - до 0,01%, что позволяет в принципе использовать водный раствор для получения биомассы.

Таким образом обработка водных суспензий гидролизного лигнина серией электрогидравлических ударов обеспечивает получение продукта с новыми качественными свойствами. При этом энергетические затраты в условиях, используемых в примерах. 1-4, составляютЗОДж/см , что на 3 порядка меньше энергозатрат при обработке ультразвуком.

Формула изобретения

Способ обработки гидролизного лигнина, включающий суспендирование гидролизного лигнина в воде, его измельчение И разделение суспензии на твердый и жидкий компоненты, отличающийся тем, что, с целью повышения качества продукта, эффективности измельчения продукта и активации гидролизного лигнина, водно-лиг- ниновую суспензию обрабатывают серией электрогидравлических ударов.

Использование изобретения: в качестве промежуточного продукта. Сущность изобретения: способ .обработки гидролизного лигнина суспендированием в воде, измельчением электрогидравлическим ударом и разделением на твердый и жидкий компонент, позволяющий освободить целевой продукт от примесей (зольные элементы, моносахариды, минеральные и органические кислоты, низкомолекулярные феноль- ные соединения), 1 табл. 00 о 00 ел