способ получения азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов

Формула изобретения

Способ получения азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов, заключающийся в том, что лигнинсодержащее сырье обрабатывают аммиачным раствором пероксисоединения при интенсивном механическом измельчении при 20°С, отличающийся тем, что в качестве пероксисоединения используют пероксид водорода при его содержании 0,3-0,9 г/г сырья и при содержании аммиака 0,25-1,5 г/г сырья и процесс виброизмельчения ведут в течение 0,25-2,0 ч при частоте 2800 см^-1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической переработки древесины и может быть использовано для получения азотсодержащих удобрений и сорбентов на основе различных лигноуглеводных материалов.

Известны способы получения азотсодержащих производных лигнинов методом окислительного аммонолиза, путем обработки исходного лигнинсодержащего сырья, например лигносульфоновых кислот или гидролизного лигнина, аммиаком и кислородом в автоклавах под давлением 5-50 атм при 120-250°С [А.с. СССР №333156, А.с. СССР №635104].

Основной недостаток данных способов - это проведение процесса в жестких условиях: при повышенных температуре и давлении, что приводит к снижению выхода продуктов и усложняет технологический процесс.

Известен способ получения азотсодержащих производных на основе лигнина при действии на лигнин избытка аммиачного раствора персульфата аммония при 20°С в течение 1-5 суток [А.с. СССР №363 710]. Основными недостатками известного способа являются: длительность процесса 24-100 ч, высокий расход азотсодержащих реагентов и использование в качестве сырья только лигнина.

Из известных технических решений наиболее близким но назначению и технической сущности к заявляемому объекту является способ получения азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов путем обработки древесных опилок аммиачным раствором персульфата аммония при 20°С и интенсивном механическом измельчении в течение 0.5-3.0 ч при содержании аммиака 0.25-2.5 г/г древесины (прототип) [Патент РФ №2185394].

Основные признаки заявляемого изобретения общие с прототипом: использование в качестве лигносодержащего сырья лигноуглеводных материалов и проведение процесса при механическом измельчении реакционной массы при температуре 20°С.

Основными недостатками прототипа являются: высокий расход пероксисоединения - окислителя (1.5-7.5 г/г сырья), его дороговизна, а также сравнительно высокий расход аммиака (до 2.5 г/г сырья) и продолжительность процесса до 3.0 ч, которые устраняются в предлагаемом изобретении.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что лигносодержащее сырье в виде воздушно-сухих опилок обрабатывают аммиачным раствором пероксида водорода при 20°С при интенсивном виброизмельчении при частоте 2800 см^-1 в течение 0.25-2.0 ч при содержании пероксида водорода - 0.3-0.9 г/г сырья и содержании аммиака - 0.25-1.5 г/г сырья.

Основным отличием от прототипа, обеспечивающим получение технического результата является использование в качестве пероксисоединения (окислителя) - пероксида водорода в среде аммиака и применение более интенсивного виброизмельчения (частота 2800 см^-1), что позволяет сократить расход окислителя в 4-5 раз, количество аммиака в 1.5 раза и продолжительность процесса от 3.0 до 2.0 ч.

Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом. Навеску воздушно-сухих опилок лигноуглеводного сырья (фракция 0.4-0.75 мм) помещают в реактор вибромельницы (промышленный вибратор ИВ - 98Б, частота 2800 см^-1 ) с 15 стальными стержнями (10×100 мм). В реактор последовательно добавляют 25%-ный водный раствор аммиака (из расчета 0.25-1.5 г NН₃/г сырья) и 30%-ный водный раствор пероксида водорода (из расчета 0.3-0.9 г Н₂О₂/г сырья).

Затем реакционную смесь подвергают интенсивному вибрационному измельчению при 20°С в течение 0.25-2.0 ч. После этого полученную массу выгружают из мельницы и отделяют от размалывающих чел. Продукты промывают водой до рН 6-7 и сушат на воздухе до постоянной массы.

В зависимости от условий обработки получаются высокомолекулярные продукты с выходом, близким к количественному, содержащие до 6.2% органически связанного азота. Азотсодержащие продукты частично деметоксилированы и содержат до 7.8% карбоксильных групп.

Пример 1. Навеску воздушно-сухих опилок древесины сосны (фракция 0.4-0.75 мм) массой 3.0 г помещают в реактор вибромельницы (промышленный вибратор ИВ - 98Б, частота 2800 см^-1) с 15 стальными стержнями (10×100 мм). В реактор последовательно добавляют 25%-ный водный раствор аммиака (из расчета 0.25 г NH₃ /г сырья) и 30%-ный водный раствор пероксида водорода (из расчета 0.3 г Н₂О₂/г сырья). Реакционную смесь подвергают интенсивному вибрационному измельчению при 20°С в течение 0.25 ч. Выход азотсодержащего продукта составляет 94.6%. Содержание связанного азота 1.2%, а содержание СООН групп - 2.9%.

Примеры 2-7 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при различной продолжительности вибрационного измельчения (табл. 1). Примеры 8-13 проведены в условиях, аналогичных примеру 4, но при различном количестве пероксида водорода (табл. 2). Примеры 14-18 проведены в условиях, аналогичных примеру 4, но при различном количестве аммиака (табл. 3).

Примеры 19-22 проведены в условиях, аналогичных примеру 4, но с использованием в качестве исходного сырья различных лигноуглеводпых материалов (табл. 4).

Таблицы

Таблица 1
Свойства азотсодержащих производных древесины сосны
Пример	Продолжительность размола, ч	Выход продукта, %	Содержание азота, %		Содержание СООH групп, %
1	0.25	96.4	1.2		2.9
2	0.5	95.2	1.9		3.5
3	0.75	94.3	2.4		4.2
4	1.0	93.8	3.1		4.9
5	1.25	92.5	3.3		5.8
6	1.5	92.1	3.7		6.7
7	2.0	90.6	3.9		7.2
Таблица 2
Свойства азотсодержащих производных древесины сосны
Пример	Количество пероксида водорода, г/г сырья	Выход продукта, %		Содержание азота, %	Содержание СООН групп, %
4	0.3	93.8		3.1	4.9
8	0.1	97.4		1.8	2.9
9	0.2	96.8		2.3	4.1
10	0.4	92.1		3.4	5.7
11	0.5	90.3		3.8	6.5
12	0.6	89.5		4.3	7.1
13	0.9	87.2		4.8	7.8
Таблица 3
Свойства азотсодержащих производных древесины сосны
Пример	Количество аммиака, г/г древесины	Выход продукта, %		Содержание азота, %	Содержание СООП групп, %
4	0.25	93.8		3.1	4.9
14	0.5	92.4		3.7	5.4
15	0.75	91.2		4.8	5.9
16	1.0	90.5		5.3	6.5
17	1.25	89.7		5.8	6.9
18	1.5	88.5		6.2	7.4
Таблица 4
Свойства азотсодержащих производных лигноуглеводных материалов
Пример	Лигноуглеводный материал	Выход продукта, %		Содержание азота, %	Содержание СООH групп, %
4	Древесина сосны	93.8		3.1	4.9
19	Древесина осины	94.7		2.5	4.2
20	Древесина березы	96.5		1.8	3.5
21	Костра льна	89.4		4.3	7.4
22	Подсолнечная лузга	91.5		3.6	6.3