способ получения лигнинового сорбента

Формула изобретения

Способ получения лигнинового сорбента, включающий экстракцию примесей из лигнинсодержащего сырья, отделение экстракта, промывку водой и сушку целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве сырья используют лигнин, являющийся побочным продуктом при получении целлюлозы делигнификацией опилок древесины в среде уксусная кислота - пероксид водорода в присутствии серно-кислотного катализатора, а экстракцию примесей проводят 0,4%-ным раствором бикарбоната натрия при комнатной температуре, гидромодуле 2 в течение 15 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения сорбентов из отходов химической переработки древесины, в частности лигнина, которые могут быть использованы в качестве сорбентов в медицине, ветеринарии, а также в пищевой и химической промышленности.

Во всех известных способах получения сорбентов из лигнина в качестве сырья используют гидролизный лигнин - побочный продукт жесткого кислотного гидролиза растительного сырья, содержащий остатки минеральных кислот и комплекс смолистых и лигногуминовых веществ.

Известен способ получения медицинского лигнина (полифепана) путем отмывки гидролизного лигнина от примесей обработкой 2%-ным водным раствором щелочи при гидромодуле 2-3, температуре 70-100ºС в течение 2-3 ч при перемешивании с последующими промывкой, сушкой и измельчением (SU 556811, опубл. 05.05.77).

Недостатками данного способа является многостадийность и длительность процесса щелочной обработки, которая необходима для удаления остатков минеральных кислот, смолистых и лигногуминовых веществ. Недостаток обусловлен использованием в качестве сырья гидролизного лигнина, имеющего крупнодисперсный фракционный состав из-под сцежи и требующего значительных расходов электроэнергии на размол, нагрев и поддержание температуры водно-щелочной варки.

Известен способ обработки гидролизного лигнина для получения энтеросорбента, описанный в патенте RU 2094052 и опубл. 27.10.1997. Гидролизный лигнин из-под сцежи (влажностью 65-70%) суспендируют в воде, размалывают в шаровой мельнице 2-3 мин. Затем лигнин с размером частиц 0,3-0,5 мм заливают 0,4%-ным раствором едкого натра и выдерживают в течение 15 минут при комнатной температуре. Далее смесь промывают водой от водорастворимых лигногуминовых веществ и щелочи, нейтрализуют уксусной кислотой, повторно промывают водой до нейтральной реакции и сушат.

К недостаткам данного способа следует отнести сложность способа из-за его многостадийности и продолжительности. Также необходима стадия предварительного измельчения гидролизного лигнина, многократная промывка водой обработанного щелочью сырья, нейтрализация уксусной кислотой и т.д. К тому же из-за сокращения гидролизных производств сырьевая база для данных способов сокращается и становится актуальным поиск дополнительных источников.

Наиболее близким по технологической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является способ получения лигнинового сорбента, включающий двухстадийную обработку, а именно: измельчение гидролизного лигнина, обработку этиловым спиртом или горячей водой при температуре 80-100ºС и перемешивании в течение 50-80 мин с последующим отделением экстракта и затем двукратным кипячением в воде в течение часа с выделением целевого продукта фильтрацией и сушкой (RU 2094417, 1997).

Недостатком известного способа получения сорбента является многостадийность и энергоемкость технологического процесса, высокий расход чистой воды. К недостаткам следует отнести низкие характеристики сорбционной способности, а именно: высокое содержание водорастворимых веществ и невысокие показатели адсорбционной активности по метиленовому синему.

Задачей изобретения является разработка простого и экономичного способа получения лигнинового сорбента с высокими сорбционными характеристиками, а также расширение ассортимента используемого лигнинсодержащего сырья.

Технический результат изобретения:

- упрощение технологического процесса за счет исключения многократной обработки лигнина и снижения продолжительности процесса;

- улучшение качественных характеристик получаемого сорбента;

- расширение ассортимента лигнинсодержащего сырья за счет использования лигнина, полученного каталитической окислительной делигнификацией опилок древесины.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе получения лигнинового сорбента, включающем экстракцию примесей из лигнинсодержащего сырья, отделение экстракта, промывку водой и сушку целевого продукта, согласно изобретению в качестве сырья используют лигнин - побочный продукт, образующийся при получении целлюлозы делигнификацией опилок древесины в среде уксусная кислота - пероксид водорода в присутствии сернокислотного катализатора, при этом экстракцию примесей проводят 0,4%-ным раствором бикарбоната натрия при комнатной температуре, гидромодуле 2 в течение 15 мин.

В предлагаемом изобретении в отличие от прототипа в качестве лигнинсодержащего сырья используют лигнин, который является побочным продуктом окислительной делигнификации опилок древесины в среде уксусная кислота - пероксид водорода и серная кислота в качестве катализатора по способу, описанному в патенте RU 2203995, опубл. 10.05.2003. В отличие от прототипа лигнин, полученный каталитической окислительной делигнификацией опилок древесины, имеет размеры частиц менее 0,5 мм. Поэтому отпадает стадия дополнительного измельчения сырья.

Кроме того, отличным от прототипа признаком служит обработка лигнина с целью удаления лигногуминовых и водорастворимых веществ 0,4%-ным раствором бикарбоната натрия при комнатной температуре, гидромодуле 2 в течение 15 мин. Удаление лигногуминовых и водорастворимых веществ, находящихся в порах частиц лигнинов, способствует формированию развитой пористой структуры, что позволяет препаратам адсорбировать различные органические и неорганические вещества. Полученные сорбенты обладают высокой сорбционной способностью, обусловленной также наличием в их макромолекулах различных кислородсодержащих функциональных групп. Это позволяет связывать как низкомолекулярные органические и неорганические вещества, так и высокомолекулярные вещества белковой природы (микроорганизмы и их токсины, «молекулы средней массы» и биоактивные кишечные полипептиды).

Способ осуществляют следующим образом.

Полученный по известному способу (RU 2203995, опубл. 10.05.2003, Судакова И.Г., Кузнецов Б.Н., Гарынцева Н.В., Королькова И.В. Состав и связующие свойства лигнинов, полученных окислительной делигнификацией древесины пихты, осины и березы в среде уксусной кислоты // Химия растительного сырья, 2010, № 3, С.55-60) лигнин, влажностью 75-80%, обрабатывают 0,4%-ным раствором бикарбоната натрия при комнатной температуре, гидромодуле 2 с перемешиванием в течение 15 мин, отфильтровывают на вакуумном фильтре, промывают водой до нейтральной реакции промывных вод и высушивают на воздухе.

Сорбционную активность полученных сорбентов оценивают по адсорбции йода, метиленового синего и желатина - маркеров, применяемых в фармакопее для моделирования токсикантов различной природы и молекулярной массы. В качестве образца сравнения выбран промышленный препарат «Полифепан» (ЗАО «Сайнтек» г.Санкт-Петербург).

Изобретение поясняется конкретными примерами.

Пример 1. Лигнин влажностью 75-80%, полученный каталитической окислительной делигнификацией опилок пихты, обрабатывают 0,4%-ным раствором бикарбоната натрия при комнатной температуре, гидромодуле 2 с перемешиванием в течение 15 мин, промывают водой на фильтре до нейтральной реакции промывных вод и высушивают на воздухе. Выход сорбента - 73,4%, сорбционная емкость по отношению к йоду - 34,7%, метиленовому синему - 89,2 мг/г и желатину - 312,0 мг/г.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1, только используют лигнин, полученный делигнификацией опилок осины. Выход сорбента - 75,1%, сорбционная емкость по отношению к йоду - 38,8%, метиленовому синему - 88,4 мг/г и желатину 200,0 мг/г.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1, только используют лигнин, полученный делигнификацией опилок березы. Выход сорбента - 76,1%, сорбционная емкость по отношению к йоду - 39,0%, метиленовому синему - 89,6 мг/г и желатину - 183,0 мг/г (см. таблицу).

Сорбционные характеристики сорбентов из лигнина, полученного делигнификацией опилок древесины

Таблица
Примеры	Выход, %	Содержание водорастворимых веществ, %	Адсорбция
I2, %	MC, мг/г	желатин, мг/г
Пример 1 лигнин пихты	73,4	1,2	34,7	89,2	212,0
Пример 2 лигнин осины	75,1	3,4	38,8	88,4	200,0
Пример 3 лигнин березы	76,1	4,4	39,0	89,6	183,0
Полифепан*	-	не более 5	38,7	44,0	115,0
*промышленный энтеросорбент

Как видно из таблицы, полученные сорбенты обладают высокой сорбционной активностью в отношении веществ - маркеров: йода, метиленового синего и желатина. При этом адсорбционная способность по йоду, характеризующая микропористую структуру сорбента, мало зависит от вида древесины и находится в пределах 32,7-43,1%. В то же время способ обработки лигнинов оказывает существенное влияние на содержание водорастворимых веществ в полученных лигниновых сорбентах и на их сорбционную активность по отношению к метиленовому синему и желатину.

Показатели сорбционной активности предлагаемого сорбента и промышленного энтеросорбента «Полифепан» по отношению к йоду близки. Сорбционная активность предлагаемого сорбента по отношению к метиленовому синему практически в 2 раза выше, а также значительно превышает сорбционную способность в отношении веществ белковой природы (маркер - желатин).

Таким образом, разработан простой и экономичный способ получения лигнинового сорбента с высокими сорбционными характеристиками. Расширен ассортимент используемого лигнинсодержащего сырья за счет использования лигнина, получаемого как побочный продукт при каталитической окислительной делигнификации опилок древесины.