Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ определения лигнина в целлюлозных полуфабрикатах

Классы МПК:D21C3/04 с применением кислот, кислых солей или ангидридов кислот 
G01N33/46 древесины 
G01N9/36 анализ материалов путем измерения плотности или удельного веса, например определение влагосодержания
C07G1/00 Низкомолекулярные производные лигнина
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Архангельский государственный технический университет" ("АГТУ") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-02-27
публикация патента:

Способ касается определения содержания лигнина в целлюлозных полуфабрикатах и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности. Определение проводят путем обработки полуфабриката серной кислотой. Затем проводят последовательно нитрование концентрированной азотной кислотой, подщелачивание и фотометрическое определение количества лигнина. Техническим результатом является упрощение и ускорение процесса. 2 табл.

Изобретение относится к способам определения лигнина в целлюлозных полуфабрикатах. В процессах химической переработки растительных материалов природные (нативные) лигнины претерпевают значительные изменения в структуре и свойствах. Общее название таких лигнинов - технические. Задача количественного определения лигнина имеет важное практическое значение, как для технологии переработки лигноцеллюлозных материалов, так и для исследования их компонентов, для оценки количества лигнинных веществ в сточных водах, контроля технологических процессов [Хабаров, Ю.Г. Аналитическая химия лигнина: монография [Текст] / Ю.Г.Хабаров, Л.А.Песьякова. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2008. - 172 с.].

Для определения содержания лигнина в целлюлозных полуфабрикатах предложено большое число различных прямых и косвенных методов.

Известен метод определения лигнина с помощью азотной кислоты. Сущность метода заключается в обработке лигноцеллюлозного материала 14%-ной азотной кислотой при нагревании в течение 20 мин. В результате такой обработки лигнин нитруется и частично переходит в раствор. Не растворившийся целлюлозный остаток отделяют фильтрованием и у фильтрата определяют оптическую плотность при 425 нм. По величине оптической плотности судят о содержании лигнина в лигноцеллюлозном материале [Henriksen, A. The Nu-number, a measure of lignin in pulp [Текст] / A. Henriksen, R.B.Kesler // Tappi J. - 1970. - Vol.53, N6. - P.1131-1140]. Недостатком этого метода являются необходимость нагревания и фильтрования. Кроме того, метод обладает небольшой чувствительностью.

По методу Попова для определения лигнина проводят предварительный гидролиз углеводов лигноцеллюлозного материала 37%-ной хлороводородной кислотой с добавкой 40%-ного водного раствора ZnCl2, проходящий в течение 30 мин при 45°С. Окончательный гидролиз проводят путем кипячения с обратным холодильником в течение 1 ч после добавления заданного количества воды. Остаток лигнина фильтруют, сушат и взвешивают [Попов И.Д. Върху методиката за количествено определяне на лигнина [Текст] / И.Д.Попов // Изв. Ин-та Биол. Бълг. АН. - 1957. - Vol.7. - Р.149-154]. Недостатками этого метода являются многостадийность и длительная гравиметрическая методика определения массы лигнина.

В автоклавном методе определения лигнина гидролитическое растворение полисахаридов проводится в автоклаве с помощью 1%-ного раствора хлороводородной кислоты при давлении 5способ определения лигнина в целлюлозных полуфабрикатах, патент № 2405877 6 атм. Продолжительность гидролиза составляет 6способ определения лигнина в целлюлозных полуфабрикатах, патент № 2405877 7 ч. После гидролиза осадок лигнина фильтруют, промывают и сушат до постоянной массы [Konig, Rump // Ztschr. Unters. Nahr.-Genussmitt. - 1914. - Bd. 28. - P.188]. Недостатками этого метода являются многостадийность большая продолжительность гидролиза, необходимость применения автоклава, а также длительная гравиметрическая методика определения массы лигнина.

В методе Кларка гидролиз углеводов до моносахаридов легко проходит под действием безводной фтороводородной кислоты, которая быстро диффундирует в лигноцеллюлозный материал, вызывает его сильное набухание и не приводит к гумификации. Кроме безводной кислоты может быть использован и 80%-ный раствор HF. Полный гидролиз углеводов хвойной древесины проводится при 18способ определения лигнина в целлюлозных полуфабрикатах, патент № 2405877 20°С в течение 30 мин, а лиственной - при 30°С [Clark, I.T. Determination of Iignin by hydrofluoric acid [Текст] / I.T.Clark // Tappi J. - 1962. - Vol.45, N4. - P.310-314]. Недостатком этого метода является невозможность применять стеклянную посуду.

Наиболее близким к заявляемому является метод определения лигнина с помощью серной кислоты - метод Класона [прототип]. Сернокислотный метод определения лигнина во многих странах был выбран в качестве стандартного. Модификацией метода Класона, которая применяется в России, является метод Комарова [Оболенская А.В. Практические работы по химии древесины и целлюлозы [Текст] / А.В.Оболенская, В.П.Щеголев, Г.Л.Аким, Э.Л.Аким, Н.Л.Коссович, И.З.Емельянова./Под ред. В.М.Никитина. - М.: Лесн. пром-сть, 1965. - 412 с.].

1 г лигноцеллюлозного материала предварительно в течение 2,5 ч обрабатывается 15 мл концентрированной (72%-ной) серной кислоты при комнатной температуре. Затем добавляют воду до концентрации серной кислоты 3% и проводят окончательный гидролиз углеводов путем нагревания с обратным холодильником в течение 1способ определения лигнина в целлюлозных полуфабрикатах, патент № 2405877 5 ч. Затем осадок лигнина отделяют от раствора фильтрованием, тщательно промывают от следов серной кислоты, высушивают до постоянной массы при 105°С и взвешивают. В фильтрате с помощью метода УФ-спектроскопии определяют кислоторастворимую часть лигнина.

Недостатками сернокислотного метода являются длительные стадии выполнения анализа - двухступенчатый гидролиз и гравиметрическая процедура определения массы лигнина.

Целью предлагаемого изобретения является сокращение продолжительности и упрощение выполнения анализа.

Поставленная цель достигается тем, что после растворения углеводной части полуфабриката в 72%-ной серной кислоте проводят последовательно нитрование концентрированной азотной кислотой, подщелачивание и фотометрическое определение количества лигнина.

Способ осуществляется следующим образом. 10способ определения лигнина в целлюлозных полуфабрикатах, патент № 2405877 15 мг целлюлозного полуфабриката (ЦП) обрабатывают в течение 1 часа 5 мл 72%-ной серной кислоты. Затем добавляют 0,2 мл концентрированной азотной кислоты и после тщательного перемешивания объем раствора доводят дистиллированной водой до 25 мл. 5 мл полученного раствора подщелачивают 5 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия, объем полученного раствора доводят до 25 мл дистиллированной водой и измеряют его оптическую плотность при 315 нм. По величине оптической плотности судят о содержании лигнина в целлюлозном полуфабрикате.

Пример 1. 11,2 мг предварительно измельченного ЦП, содержание лигнина в котором составляет 2,6%, в течение 1 ч растворяли в 5 мл 70%-ной серной кислоты, затем добавили 0,2 мл концентрированной азотной кислоты. После перемешивания объем реакционной смеси доводили дистиллированной водой до 25 мл. 5 мл полученного раствора подщелачивали 5 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия и объем раствора доводили до 25 мл дистиллированной водой. Оптическую плотность раствора измеряли при 315 нм (толщина кюветы 5 см, в кювете сравнения - дистиллированная вода).

Величина оптической плотности при 315 нм составила 0,350. Масса лигнина в образце 11,2·2,6/100=0,2886 мг.

Пример 2. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,9 мг предварительно измельченного ЦП, содержание лигнина в котором составляет 5,6%. Масса лигнина в образце 10,9·5,6/100=0,6104 мг. Величина оптической плотности при 315 нм составила 0,644.

Пример 3. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,7 мг предварительно измельченного ЦП, содержание лигнина в котором составляет 12,1%. Масса лигнина в образце 10,1·12,1/100=1,2947 мг. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,051.

Пример 4. Анализу в условиях примера 1 подвергли 11,1 мг предварительно измельченного ЦП, содержание лигнина в котором составляет 19,3%. Масса лигнина в образце 11,1·19,3/100=2,1423 мг. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,456.

Пример 5. Анализ в условиях примера 1 выполнен без использования целлюлозы (холостой опыт). Величина оптической плотности при 315 нм составила 0,066.

Результаты опытов 1способ определения лигнина в целлюлозных полуфабрикатах, патент № 2405877 5 приведены в таблице 1. На основе данных таблицы 1 по методу наименьших квадратов были вычислены коэффициенты калибровочной зависимости:

Млиг=0,5706·D 315способ определения лигнина в целлюлозных полуфабрикатах, патент № 2405877 2+0,6657·D315-0,0375 (коэффициент парной корреляции 0,9997).

Таблица 1
Исходные данные для построения калибровочного графика
Пример Содержание лигнина в ЦП, % Масса ЦП, мгМасса лигнина, мгОптическая плотность при 315 нм
12,6 НД0,2886 0,35
2 5,6 10,90,6104 0,644
312,1 10,71,2947 1,051
419,3 11,12,1423 1,456
5 (холостой опыт) 00 00,066

Пример 6. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,6 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 2,6%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 0,368. Масса лигнина в образце: задано 0,276; определено 0,285 мг.

Пример 7. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,6 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 5,0%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 0,590. Масса лигнина в образце: задано 0,530; определено 0,554 мг.

Пример 8. Анализу в условиях примера 1 подвергли 11,0 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 5,0%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 0,595. Масса лигнина в образце: задано 0,550; определено 0,561 мг.

Пример 9. Анализу в условиях примера 1 подвергли 11,0 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 5,6%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 0,659. Масса лигнина в образце: задано 0,577; определено 0,649 мг.

Пример 10. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,9 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 5,6%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 0,644. Масса лигнина в образце: задано 0,610; определено 0,628 мг.

Пример 11. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,8 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 7,7%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 0,768. Масса лигнина в образце: задано 0,832; определено 0,810 мг.

Пример 12. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,5 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 7,7%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 0,771. Масса лигнина в образце: задано 0,809; определено 0,815 мг.

Пример 13. Анализу в условиях примера 1 подвергли 11,5 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 12,1%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,119. Масса лигнина в образце: задано 1,392; определено 1,422 мг.

Пример 14. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,7 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 12,1%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,051. Масса лигнина в образце: задано 1,295; определено 1,292 мг.

Пример 15. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,6 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 15,2%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,226. Масса лигнина в образце: задано 1,611; определено 1,636 мг.

Пример 16. Анализу в условиях примера 1 подвергли 11,1 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 15,2%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,247. Масса лигнина в образце: задано 1,687; определено 1,680 мг.

Пример 17. Анализу в условиях примера 1 подвергли 11,1 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 15,2%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,263. Масса лигнина в образце: задано 1,687; определено 1,713 мг.

Пример 18. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,8 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 17,8%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,375. Масса лигнина в образце: задано 1,922; определено 1,957 мг.

Пример 19. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,6 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 17,8%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,356. Масса лигнина в образце: задано 1,884; определено 1,914 мг.

Пример 20. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,6 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 17,8%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,371. Масса лигнина в образце: задано 1,887; определено 1,948 мг.

Пример 21. Анализу в условиях примера 1 подвергли 10,4 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 17,8%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,442. Масса лигнина в образце: задано 1,851; определено 2,109 мг.

Пример 22. Анализу в условиях примера 1 подвергли 11,1 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 18,9%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,486. Масса лигнина в образце: задано 2,098; определено 2,212 мг.

Пример 23. Анализу в условиях примера 1 подвергли 11,5 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 18,9%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,463. Масса лигнина в образце: задано 2,174; определено 2,158 мг.

Пример 24. Анализу в условиях примера 1 подвергли 11,1 мг ЦП, содержание лигнина в котором составляет 18,9%. Величина оптической плотности при 315 нм составила 1,456. Масса лигнина в образце: задано 2,142; определено 2,141 мг.

Результаты определений, приведенные в таблице 2, свидетельствуют о хорошей точности определения содержания лигнина в целлюлозных полуфабрикатах.

способ определения лигнина в целлюлозных полуфабрикатах, патент № 2405877

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ определения лигнина в целлюлозных полуфабрикатах путем обработки полуфабриката серной кислотой, отличающийся тем, что после обработки полуфабриката серной кислотой проводят последовательно нитрование концентрированной азотной кислотой, подщелачивание и фотометрическое определение количества лигнина.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2405877

patent-2405877.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс D21C3/04 с применением кислот, кислых солей или ангидридов кислот 

Класс G01N33/46 древесины 

Патенты РФ в классе G01N33/46:
способ анализа формы комля дерева -  патент 2529167 (27.09.2014)
способ анализа относительного сбега комбля березы на склоне оврага -  патент 2529058 (27.09.2014)
способ ультразвукового испытания технической древесины -  патент 2526648 (27.08.2014)
устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню -  патент 2523033 (20.07.2014)
способ сравнительного испытания древесины -  патент 2522862 (20.07.2014)
способ и устройство для измерения содержания влаги в биологическом материале -  патент 2519066 (10.06.2014)
способ измерения комля древесного растения -  патент 2495418 (10.10.2013)
способ анализа ветвей кроны дерева ели -  патент 2495417 (10.10.2013)
способ и устройство определения объема штабеля круглых лесоматериалов, расположенных на автомобиле -  патент 2492477 (10.09.2013)
способ определения химической безопасности древесного композиционного материала -  патент 2492476 (10.09.2013)

Класс G01N9/36 анализ материалов путем измерения плотности или удельного веса, например определение влагосодержания

Патенты РФ в классе G01N9/36:
способ непрерывного контроля средней влажности волокон в волоконной массе -  патент 2528043 (10.09.2014)
устройство для определения длины работающего слоя углеродного микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ -  патент 2516642 (20.05.2014)
способ диагностики остеопороза, методом определения динамики закрытия полостных образований для оценки эффективности применения различных остеопротекторов -  патент 2511430 (10.04.2014)
способ определения коэффициента массопроводности пористых проницаемых материалов -  патент 2505796 (27.01.2014)
способ определения зольности горной массы -  патент 2486492 (27.06.2013)
устройство для определения объемных долей воды и нефти в отобранных пробах из потока продукции нефтяной скважины -  патент 2474808 (10.02.2013)
устройство для определения количества жидкости в пробе газа -  патент 2422804 (27.06.2011)
способ определения обводненности продукции нефтяных скважин "охн++" -  патент 2396427 (10.08.2010)
устройство для определения содержания воды в жидких нефтепродуктах -  патент 2381483 (10.02.2010)
способ определения средней плотности связанной жидкости коллоидных и капиллярно-пористых тел -  патент 2380683 (27.01.2010)

Класс C07G1/00 Низкомолекулярные производные лигнина

Патенты РФ в классе C07G1/00:
способ модификации лигнина -  патент 2524343 (27.07.2014)
получение лигнина из лигноцеллюлозной биомассы -  патент 2508301 (27.02.2014)
способ получения природного термопластичного полимера (варианты) -  патент 2508300 (27.02.2014)
способ переработки целлюлозосодержащего сырья -  патент 2456394 (20.07.2012)
антипирен, способ его получения, способ огнезащитной обработки материалов и способ тушения очага горения -  патент 2425069 (27.07.2011)
способ утилизации хлорорганических отходов химических производств для получения модифицирующей добавки для битума и модифицирующая добавка для битума -  патент 2376275 (20.12.2009)
способ фосфорилирования технических лигнинов и их производных -  патент 2371446 (27.10.2009)
способ получения щелочного лигнина -  патент 2338821 (20.11.2008)
способ получения азотсодержащих органических удобрений на основе лигноуглеводных материалов -  патент 2318783 (10.03.2008)
способ получения водорастворимого лигнина -  патент 2277099 (27.05.2006)

Наверх