способ комплексной переработки древесины лиственницы

Формула изобретения

Способ комплексной переработки древесины лиственницы, включающий обработку деструктированной древесины лиственницы в среде на основе деионизированной воды в роторном пульсационном устройстве - кавитаторе при температуре саморазогрева, с последующим разделением полученной пульпы на жидкую и твердую фазы, раздельную обработку жидкой и твердой фазы, выделение из твердой фазы природных смол путем экстракции органическими растворителями, с последующей сушкой и модификацией активированной древесины, выделение из жидкой фазы дигидрокверцетина реэкстракцией метилтретбутиловым эфиром, с последующим вакуумным упариванием реэкстракта и сушкой полученного продукта, отличающийся тем, что обработку деструктированной древесины лиственницы проводят в среде на основе деионизированной воды и органического растворителя, в качестве органического растворителя используют не смешивающиеся с водой растворители, выбранные из группы: тетрахлорметана, хлороформа, дихлорэтана, или их смеси при массовом соотношении деионизированная вода : органический растворитель от 9:1 до 8:2, а массовое соотношение древесина : водно-органическая среда составляет 1:8-1:10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области переработки лигнинуглеводного сырья, а именно древесины лиственницы, в частности отходов древесной переработки - комлевой части Сибирской и Даурской лиственницы с получением биологически активного флавоноида - дигидрокверцетина (ДГК), находящего применение в медицине и пищевой промышленности, а также с выделением природных смолистых веществ для получения канифоли, ПАВ, душистых веществ, вирусоидов, а также получением технических продуктов из древесины.

Известны способы выделения ДГК из древесины лиственницы (патенты РФ № 2114631 и № 2180566).

Однако эти способы характеризуются низким коэффициентом использования древесины.

Известен способ переработки древесины лиственницы, включающий экстракцию из деструктированной древесины природных веществ обработкой органическим растворителем, содержащим воду, разделение экстракционной массы на экстракт и твердую фазу в виде углеродсодержащего полимера древесины, который выделяют в качестве целевого продукта и/или подвергают карбонизации в атмосфере инертного газа с получением из полученных органической и водной фаз соответствующих целевых продуктов (патент РФ № 2165416, 2001 г.).

Недостатком этого способа является использование в процессе большого числа органических растворителей, таких как гексан, или бензин, ацетон, этиловый спирт, являющихся либо дорогостоящими, либо токсичными. Также данный способ нетехнологичен, так как необходимо проведение отдельных операций при повышенном давлении. В результате процесса из древесной массы, оставшейся после экстракции, получают только один продукт - активированный углерод.

Известен способ комплексной переработки древесины лиственницы, включающий обработку деструктированной древесины лиственницы в псевдоожиженном состоянии деионизированной водой при массовом соотношении древесина:деионизированнанная вода от 1:4 до 1:10, разделение полученной пульпы на жидкую и твердую фазы, раздельную обработку жидкой и твердой фазы органическим растворителем и выделение дигидрокверцетина и природных смол, причем обработку деструктированной древесины лиственницы в псевдоожиженном состоянии проводят в кавитаторе при температуре 70-92°С в течение 5-15 мин. Жидкую фазу обрабатывают органическим растворителем, твердую фазу, полученную после разделения пульпы, перед обработкой органическим растворителем подвергают сушке до влажности 9-11 мас.%, в качестве органического растворителя используют метилтретбутиловый эфир, обработку твердой фазы метилтретбутиловым эфиром проводят при 50-55°С с выделением из полученного раствора природных смол, а оставшуюся активированную древесную массу подвергают взаимодействию с фосфорилирующим, силилирующим или хлорацилирующим агентом при 60-70°С (патент РФ № 2233858, 2004 г.). Данный способ выбран нами в качестве прототипа.

Однако известный способ имеет ряд недостатков, а именно кавитированная древесина сохраняет в своей массе достаточно большое количество смолы, а выделение и очистка ДГК затруднены из-за наличия стабильных эмульсий.

Задачей настоящего изобретения является создание нового более технологичного способа комплексной переработки лиственницы, при котором увеличивается выход ДГК из-за предотвращения образования стабильных эмульсий, а также снижается содержание смолы в кавитированной древесине.

Поставленная задача достигается тем, что комплексная переработка древесины лиственницы включает обработку деструктированной древесины лиственницы в среде на основе деионизированной воды в роторном пульсационном устройстве - кавитаторе при температур саморазогрева, с последующим разделением полученной пульпы на жидкую и твердую фазы, раздельную обработку жидкой и твердой фазы, выделение из твердой фазы природных смол путем экстракции органическими растворителями, с последующей сушкой и модификацией активированной древесины, выделение из жидкой фазы дигидрокверцетина реэкстракцией метилтретбутиловым эфиром, с последующим вакуумным упариванием реэкстракта и сушкой полученного продукта, причем обработку деструктированной древесины лиственницы проводят в среде на основе деионизированной воды и органического растворителя, где в качестве органического растворителя используют несмешивающиеся с водой растворители, выбранные из группы тетрахлорметана, хлороформа, дихлорэтана или их смеси при массовом соотношении деионизированная вода:органический растворитель от 9:1 до 8:2, а массовое соотношение древесина:водно-органическая среда составляет 1:8-1:10.

Существенное отличие предложенного способа комплексной переработки древесины лиственницы от известного заключается в том, что дезинтегрирование древесины проводят в водно-органической среде, состоящей из деионизированной воды и несмешивающихся с ней растворителей, выбранных из группы тетрахлорметана, хлороформа, дихлорэтана или их смесей при массовом соотношении деионизированная вода:органический растворитель от 9:1 до 8:2, а массовое соотношение древесина:водно-органическая среда составляет 1:8-1:10, что является новым и соответствует условию изобретательский уровень.

Способ осуществляется следующим образом. Древесину лиственницы, например отходы лесоперерабатывающей промышленности (опилки, стружки, крошки), загружают в емкость, затем добавляют расчетное количество смеси деионизированной воды и органического растворителя, взятые в соотношении от 9:1 до 8:2, до массового соотношения твердой и жидкой фазы 1:8-1:10.

Смесь из емкости поступает в реактор, представляющий собой роторное пульсационное устройство, например кавитатор, при этом температура суспензии в кавитаторе за счет саморазогрева повышается до 60-65°С. В кавитаторе при перепаде давления процесс экстракции сопровождается одновременным разрушением биологической структуры древесины, при этом водно-органическая среда вместе с растворенными в ней веществами переходит в дезинтегрированное псевдоожиженное состояние, характеризующееся снижением вязкости и увеличением текучести, все это способствует наиболее полному извлечению из древесины природных смол и дигидрокверцетина (ДГК), а также оптимальному активированию древесины, необходимому в качестве подготовки к дальнейшей переработке древесной массы. Горячий экстракт отфильтровывают от клеточных остатков, жидкая фаза самопроизвольно расслаивается, и ее разделяют на водную и органическую составляющие. Органическую часть упаривают в вакууме и получают древесную смолу. Кавитированную древесную массу промывают органическим растворителем и сушат. Водную часть реэкстрагируют метилтретбутиловым эфиром. После отделения эфирного экстракта от воды его также упаривают в вакууме и получают целевой дигидрокверцетин.

Предложенный способ иллюстрируется нижеследующими примерами и Таблицей 1.

Пример 1. 1000 г опилок комлевой части лиственницы (относительная влажность 10%) загружают в кавитатор, заливают гетерогенной смесью растворителей, состоящей из 9 литров деионизированной воды и 1 литра дихлорэтана, и подвергают кавитированию в течение 2 минут. При этом температура суспензии за счет кавитации повышается до 60-65°С. Горячий экстракт отфильтровывают (центрифугируют) от клеточных остатков, жидкая фаза самопроизвольно расслаивается, и ее разделяют на водную и органическую составляющие. Органическую часть упаривают в вакууме и получают 50 г древесной смолы. Кавитированную древесную массу промывают дихлорэтаном и сушат, получают 700 г (77%). Водную часть реэкстрагируют 1.5 литра метилтретбутилового эфира. После отделения эфирного экстракта от воды (с помощью сепаратора) его также упаривают в вакууме и получают 22.5 г. дигидрокверцетина 93%-ной чистоты (2.5% в пересчете на абсолютно сухую древесину).

Полученный ДГК имеет следующие физико-химические характеристики: Т_пл 238°С, [ ]_D ²⁰=+36°С (Сl, метанол). Индивидуальность доказана спектрами ЯМР ¹Н и ¹³С.

Пример 2. Процесс ведут аналогично примеру 1 при соотношении вода к дихлорэтану 8:2 в течение 3-х минут. Температура пульпы повышается до 65°С. Горячую пульпу центрифугируют, отделяя клеточные остатки от жидкой фазы. После этого жидкая фаза самопроизвольно расслаивается на водную и органическую часть. Органическую часть упаривают в вакууме и получают 48 г древесной смолы. Кавитированную древесную массу промывают дихлорэтаном и сушат, получают 710 г (78.1%). Водную часть реэкстрагируют 1.5 л метилтретбутилового эфира. Эфирный экстракт упаривают в вакууме и получают 22.7 г ДГК, который перекристаллизовывают из горячей воды и получают 21.3 г ДГК 97% чистоты (выход 2.4% в пересчете на абсолютно сухую древесину).

Пример 3. Процесс ведут аналогично примеру 2 при соотношении вода к тетрахлорметану 8:2 в течение 3-х минут. Температура пульпы повышается до 65°С. Горячую пульпу центрифугируют, отделяя клеточные остатки от жидкой фазы. После этого жидкая фаза самопроизвольно расслаивается на водную и органическую часть. Органическую часть упаривают в вакууме и получают 51 г древесной смолы. Кавитированную древесную массу промывают тетрахлорметаном и сушат, получают 700 г (77%). Водную часть реэкстрагируют 1.5 л метилтретбутилового эфира. Эфирный экстракт упаривают в вакууме и получают 22.8 г ДГК, который перекристаллизовывают из горячей воды и получают 21.5 г ДГК 97% чистоты (выход 2.4% в пересчете на абсолютно сухую древесину).

Пример 4. Процесс ведут аналогично примеру 3 при соотношении вода к хлороформу 8:2 в течение 3-х минут. Температура пульпы повышается до 60°С. Горячую пульпу центрифугируют, отделяя клеточные остатки от жидкой фазы. После этого жидкая фаза самопроизвольно расслаивается на водную и органическую часть. Органическую часть упаривают в вакууме и получают 49 г древесной смолы. Кавитированную древесную массу промывают хлороформом и сушат, получают 705 г (78%). Водную часть реэкстрагируют 1.5 л метилтретбутилового эфира. Эфирный экстракт упаривают в вакууме и получают 22.8 г ДГК, который перекристаллизовывают из горячей воды и получают 21.1 г ДГК 97% чистоты (выход 2.4% в пересчете на абсолютно сухую древесину).

Предложенный способ позволяет выделить из древесины лиственницы ценные вещества, такие как дигидрокверцетин, с большим по сравнению с прототипом выходом 2.5-2.6% от массы абсолютно сухой древесины со степенью чистоты 93-97%, а смолистую массу - с выходом 4.5-5%.

Кроме этого заявляемый способ комплексной переработки древесины лиственницы является более технологичным, т.к. выделение целевых продуктов упрощается, более экономически выгодным, т.к. температура обработки древесины в водно-оргнической среде в кавитаторе происходит при саморазогреве при температуре 55-65°С.