Способ получения активированного гидролизного лигнина Советский патент 1980 года по МПК C07G1/00 

Изобретение относится к области переработки побочного продукта гидролизного производства - гидролизно го лигнина. Известны способы получения активированного гидролизного лигнина химическими методами; например путем обработки лигнина кислотой или щелочью к раствором 50%-ного хромового ангидрида 1 . Эти способы характеризуются большим расходом реактивов и использованием вредных для организма веществ. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения активированного гидрО(ризного лигнина путем обработки гидролизного лигнина водным раствором щелочи с введением и одновременным перемешиванием водорастворимых органических веществ, например спиртов, альдегидов, кетоиов, с последующей нейтрализацией кислотой 2 . Однако этот способ получения активированного гидролизного литнийа также характеризуется большим расходом дорогостоящих реактивов (на активирование 1 кг гидролизного лигнина, кроме щелочи, требуется 5 л этилового спирта и 300 мл концентрированной уксусной кислоты), а использование . в процессе активирования концентрированной уксусной кислоты приводит к ухудшению санитарно-гигиенических условий труда. Цель изобретения - упрощение процесса за счет удешевления активирования гидролизного лигнина и улучшения санитарно-гигиенических условий труда... Поставленная .цель достигается за счет того,что гидролизный лигнин обрабатывают водным раствором щелочи в количестве .3-5 вес.ч. на 1 вес.ч. гидролизного лигнина, до рН 6,0-8,0 с последующим введением минеральных солей азота, фосфора и калия в количестве 0,5-2,0% от веса гидролиз.ного лигнина и накопительной культуры низгаих грибов; Реп i с i I 1 i urn и Sp tear I а В количестве 0,0б25-0,025% от веса гидролизного лигнина и культивированием низших грибов при аэрации и температуре 18-4 О с. Дп.я получения рН 6,0-8,0 в процессе обычно используют щелочь О,5-1,0%-ной концентрации. Следует отметить, что меньшее количество водной Фазы не обеспечивает

достаточного смачивания, необходимого для развития организмов, а большее количество - технически нецелесообразно, так как при этом уменьшается концентрация основного материала - активированного лигнина в продукте производства.

При рН 6,0-8,0 создаются оптимальнне условия для микробиологического активирования гидролизного лигнина (см,табл.1). Как более кислая, так и более щелочная среда (опыты №№4 и 5) снижают связующие свойства активированного гидролизного лигнина, измеряемые величиной адгезии к стеклу, определяемой в соответствии с ГОСТ 10772-64.

Единственным источником углерода в среде, необходимым для питания микроорганизмов, является гидролизный лигнин.

В качествеисточников минерального питания низших грибов, содержащихся в полученной системе, используют минеральные соли азота, например, NH4N05, KNOj, NaNOg, в количестве 0,25-1,25% от веса гидролизного лигнина, соли фосфора, например , К2НР04, суперфосфат в количестве 0,15-0,5%, и соли каЛия, например КН.РОд, , KNOj , в количестве 0,1-0,25%.

Оптимальное количество йсех солей составляет 0,5-2,0% от веса исходного гидролизного лигнина см.;табл. 1 . большее количество вводить экономически нецелесообразно, Taik как качество материала при этом больше не повышается, меньшее - не обеспечивает жизненных потребностей микроорганизмов .

Далее в гидролизный лигнин после внесения минеральных солей вносят агенты активации - накопительную культуру низших грибов, приготовленную следующим образом.

Низшие грибы родов Penic ium и Spicaria предварительно йыращивают в среде, содержащей воду, 16-33% гидролизного лигнина, 0,25-1,35% минеральнцх солей азота, 0,1-0,25% минеральных солей фосфора и 0,15-0,5% минеральных солей калия.

рН среды . 6,0-8,0 Температура культивирования, С 18-40 Время культивирования, сутки 5-10

Культивирование низших грибов осуществляется при аэрации путем взбалтывания на качалке.

Приготовленную этим способом накопительную культуру низших грибов вносят совместно со средой, в которой она была выращена, в активируемый гидролизный лигнин.

Количество вносимой накопительной культуры составляет 0,00250,025% от веса гидролизного лигнина. Меньшее количество не обеспечивает достаточной скорости процесса, большее - нецелесообразно, так как влечет за собой увеличение затрат на производство.

5 После внесения накопительной культуры низших грибов последние культивируются также в течение 5-10 суток при аэрации (продувка воздухом) и температуре 18-40°С, которая является оптимальной для проведения процесса. При температуре ниже и выше 40-С развитие грибов замедля.ется и прекращается.

Аэрация необходима для обеспечения жизненных потребностей низших , грибов, развитие которых происходит только при наличии кислорода воздуха. В анаэробных условиях микробиологический процесс протекает в неблаQ гоприятном направлении, лигнин при этом не приобретает связуюпшх свойств.

При непрерывном проведении процесса нейтрализация лигнина, внесение минеральных солей, аэрация и отбор готового материала производят . постоянно.

Об окончании процесса судят по появлению у гидролизного лигнина связующих свойств, измеряе№ах величиной адгезии к стеклу, равной 1,52,5 кг, а также по изменениям в химическом составе этого материала, в частности по уменьшению содержания труднЬ- и легкогидролизуемых полисахаридов и собственно лигнина.

В табл. 1 представлена зависимость связующих свойств гидролизного лигнина от способа активирования и от различных параметров процесса акти0 вирования: рН содержания минеральных солей и низших грибов и температуры процесса культивирования.

Исходный гидролизный лигнин, не обработанный низшими грибами, связующими свойствами и адгезионной способностью не обладает (опыт 14).

Нейтрализованный гидролизный лигнин, не обработанный микробиологичесКИМ способом (опыт 13), также не проявляет связующих свойств.

0 Гидролизный лигнин, активированный известной 23 последовательной обработкой щелочного раствора лигнина этиловьам спиртсж и уксусной кислотой обладает мгшо выраженной связующей 5 способностью (опыт 16) и требует расхода значительного количества дорогостоящих веществ.

При обработке гидролизного лиг0 Нина по другому известному способу

t4 (хромовым-ангидридом в щелочной

или кислой среде) для придания адгезионных свойств на 1 кг гидролизного лигнина расходуется 220 г НСЕ 5 и 1 кг хромового ангидрида (опыт 15V

Пример получения активированного гидролизного лигнина.

Исходный гидролизный лигнин, измельченный до размера 2,5 мм, обрабдтывсцот водным раствором NaOH для

создания рН среды 6,0-8,0, для чего вводят в 1 кг гидролизного лигнина 4 л водного раствора щелочи, содержащего 25 г NapH. Затем вносят минеральные соли (см.табл.1)

нейтрализованный гидролизный лигнин без микробиологической обработки;

в исходный гидролизный лигнин без микробиологической обработ гидролизный лигнин, активированный путем обработки хромовым ангидридом

гидролизный лигнин, активированный путем обработки этиловым спиртом и уксусной кислотой .

Таблица

Ha 1 КГ сухого лигнина необходимо 12,5 г NH4NOa и 7,5 г KH;gP04 (2% от веса лигни на).

Затем вводят накопительную культуру низших грибов PenictIlium fregnentaus и Spicaria dfvaricata в количестве 0,0025-0,025% от веса гидролизного лигнина.

Микробиологическая обработка существенно активирует гидролизный лигнин, в результате чего он приобретает связуюгдае свойства, появление которых обусловлено изменениями в химическом составе исходного материала. В результате развития грибов замет но снйжается содёрясанйе трудногйдролизуекых полисахаридов, исчезают лёгкогидролизуекме, снижается содержание собственно лигнина.

Формула изобретения

Способ получения активированного гидролизного лигнина путем обработки, гидролизного лигнина водным раствором щелочи при перемешиваний, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения процесса, гидролизный

Культивирование указанных низитх грибов проводят в течение 8 дней при аэрации на качалке и температуре 20-22°С.

В табл. 2 представлены данные по изменению физико-химических свойств гидролизного лигнина при микробиологическом активировании.

Таблица 2

0 лигнин обрабатывают водным раствором Щелочи в количестве 3-5 вас.ч. на 1 вес.ч. гидролизного лигнина до рН среды 6,О-8,О,вводят минеральные соли азота,фосфора и калия в количестве 0,5-2,0% от веса гидролизного лигнина и накопительную культуру низших грибов Penlclllium и SPiсагfа в количестве 0,0025-0,025% от веса гидролизного лигнина, с последующим

л культивированием низших грибов при аэрации и температуре 18-40с.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР 1889б6, кл. С 07 G 1/00, опублик. 1964 (прототип).