Способ получения целлюлозы из соломы овса

(51) 21 3/02 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ помещают в колбу и заливают реакционной смесью ледяная уксусная кислота - 24,7 мас., перекись водорода 5,3 мас., в присутствии сернокислого катализатора - 2 мас., при гидромодуле 7,выдерживают в течение 2-х часов при температуре 120 С фильтруют, промывают дистиллированной водой полученный волокнистый продукт обрабатывают 0,1 нв течение 2 часов, при температуре 120 С волокнистый продукт фильтруют и промывают дистиллированной водой проводят стадию отбелки реакционной смесью ледяная уксусная кислота от 24,7 мас., перекись водорода 5,3 мас., гидромодуль 7 в течение 2-х часов при температуре 120 С. По окончании процесса варки волокнистый продукт из соломы пшеницы фильтруют,промывают дистиллированной водой до нейтральной среды и сушат. Предлагаемый способ получения целлюлозы из соломы овса позволяет 1. Получить целлюлозу из отходов зерновых культур. 2. Экономично расходовать химические реагенты, например, уксусную кислоту в процессе делигнификации и отбелки целлюлозы. 3. Сократить длительность процесса получения целлюлозы.(72) Оспанкулова Гульназым Хамитовна Нечай Наталья Леонидовна Тажина Саягуль Жанатовна Полуботько Ольга Васильевна Коптлеуова Толкын Махметовна Тоймбаева Дана Болатовна Нургазиева Айымгуль Сагидуллиновна Махамбетова Алима Абдукаримовна Байкенов Алибек мрсерклы(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Казахский научноисследовательский институт переработки сельскохозяйственной продукции(56) Б.Н.Кузнецов и др. Делигнификация соломы пшеницы смесью уксусной кислоты и пероксида водорода в пристутствии сернокислотного катализатора//Журнал Химия растительного сырья, 2009, с.39-44(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ СОЛОМЫ ОВСА(57) Изобретение относится к области переработки отходов зернового производства, а именно, к способам получения целлюлозы из соломы овса. Технической задачей изобретения является получение целлюлозы из соломы овса, которая достигается за счет того, что солому овса измельчают на мельнице измельченную солому Изобретение относится к области переработки отходов зернового производства, а именно, к способам получения целлюлозы из соломы овса. Известен сульфатный и сульфитный способы делигнификации целлюлозосодержащего сырья (см. книгу Непенин Ю.Н. Производство сульфатной целлюлозы/М. Лесная промышленность.-990.т.2. с.601). Гидролиз сырья осуществляется разбавленной серной кислотой (0,4-0,7) при температуре 180-190 С и давлении 0,6-1,5 МПа. Этот способ наносит значительный ущерб окружающей среде выбросами серосодержащих газов, токсичностью сточных вод. Отходы,образуемые при химической переработке древесины, содержат значительную часть лигнина и трудно утилизируются. Известен способ получения целлюлозы путем рыхления растительного сырья (см. Постоянный технологический регламент 4-2 Производство простых и сложных эфиров целлюлозы, утвержден 18 января 1995 г. Ген. директором Энгельского АООТ Химволокно), щелочной варки с использованием , поверхностно-активного вещества (ПАВ), Т 120-130 С в течение 1 часа,промывки 1-5-кратным количеством осветленной воды, гидроциклонной очистки осветленной водой,измельчения, тонкой гидроциклонной очистки осветленной водой, 2-кратной отбелкипри рН 9-11,5, температуре - 90 С в течение 1 часа,промывки 2-кратной умягченной водой, кисловки раствором 24 при 15-40 С в течение 1 часа,промывки умягченной водой, отжима, сушки воздухом. Недостатком данного способа получения целлюлозы является то, что при этом способе не решается вопрос с минеральными компонентами,содержащимися в исходном растительном сырье,что увеличивает зольность,ухудшая делигнификацию, и, как следствие, приводит к ухудшению потребительских свойств продукта. Кроме того, используются жесткие условия варки температура до 140 С, использование для отбелки канцерогенного гипохлорита натрия. Известен способ получения целлюлозного материала из недревесного растительного сырья путем щелочной варки в водном растворе едкого натра и сульфида натрия при температуре 150-160 С под давлением (см. книгу Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы. - М. Лесная промышленность.-1990.2 т. с.601). Недостатками способа являются высокие энергозатраты,не решаются вопросы с минеральными компонентами соломы злаковых культур, что ухудшает делигнификацию и снижает выход продукта, используются жесткие условия варки. Существует способ получения целлюлозы из отходов злаков гидротермобарическим взрывом (см. Цукан С.Н. и др. Гидротермобарический способ получения целлюлозы из отходов злаков//журнал Ползуновский вестник,- 4-1.-2011.- с.236-239). Набухшие в дистиллированной воде плодовые оболочки овса помещают в реактор высокого давления, доливают воду (гидромодуль 10),герметизируют установку, нагревают с целью достижения заданных температур (179-210 С) и давления (1,0-2,0 МПа). Время достижения требуемой температуры 30-45 мин. Недостатками этого способа являются значительные энергозатраты, используются жесткие условия варки. Существует способ окислительноорганосольвентной варки соломы риса (см. Вураско А.В. и др. Технология получения целлюлозы из недревесного растительного сырья//журнал Химия растительного сырья.- 2010. 2. с.165-168), в котором перед варкой из предварительно измельченной соломы риса извлекают минеральные компоненты, содержащие до 95 диоксида кремния. Извлечение проводят щелочной экстракцией при следующих условиях щелочной растворконцентрацией 40 г/л температура 90 С, гидромодуль 110 продолжительность процесса 60 мин при перемешивании. Воднощелочной экстракт используется для выделения аморфного диоксида кремния О 22 О. Полученный обескремненный волокнистый продукт направляется на органосольвентную делигнификацию, которую проводят при условиях гидромодуль 101 температура варки - 90 С, без избыточного давления,при постоянном перемешивании в течение 1,5-2 ч, варочный раствор состоит из перуксусной кислоты, уксусной кислоты,стабилизатора пероксидных соединений и воды. Варочную композицию готовят заранее уксусную кислоту концентрацией 96,0 смешивают с пероксидом водорода концентрацией 33,0-35,6 и серной кислотой в количестве 0,1 от суммы массовых долей пероксида водорода и уксусной кислоты, равновесную концентрацию перуксусной кислоты получают при смешивании компонентов в соотношении 1,51. Образовавшуюся смесь выдерживают при температуре 205 С в течение 24 часов. При использовании варочной смеси в нее добавляют стабилизатор пероксидных соединений и воду. Полученную целлюлозу промывают,сортируют, очищают. Недостатки способа рисовая шелуха имеет низкий насыпной вес и, следовательно, низкую степень заполнения варочного котла, высокую зольность. Образование силикатной накипи на поверхностях оборудования снижает его теплопередачу и уменьшает производительность установок. Вследствие этого возникают затруднения при выпарке щелоков, каустизации и обжиге известкового шлама. Наличие в щелоках силиката приводит к понижению степени каустизации. Удаление диоксида кремния из черных щелоков снижает его теплотворную способность, что приводит к сложностям при сжигании. Низкий выход волокнистого продукта за счет разрушения гемицеллюлоз наличие высокого содержания компонентов неорганического характера затрудняют переработку волокнистого полуфабриката и регенерацию щелоков. Существует способ каталитической делигнификации соломы (см. Кузнецов Б.Н. и др. Делигнификация соломы пшеницы смесью уксусной кислоты и пероксида водорода в присутствии сернокислотного катализатора//Журнал Химия растительного сырья. - 2009.- 2009.- с.39-44),заключающийся в использовании измельченной воздушно-сухой соломы пшеницы, делигнификацию которой проводят при температуре 130 С, 3 часа с применением смеси уксусной кислоты 25,8 мас., и пероксида водорода 4,2 мас., в присутствии сернокислого катализатора (2 мас.), гидромодуль 10,предварительную щелочную обработку волокнистого продукта перед стадией отбелки проводят при 120 С, 2 часа, 0,1 н ,гидромодуль - 10, отбелку при 100 С, 4 часа, с применением смеси уксусной кислоты 25,8 мас. и пероксида водорода 6,4 мас., гидромодуль - 10,далее продукт промывают и сушат. Выход целлюлозы - 29,4-41,3. Недостатком приведенного способа является большой расход воды при применении гидромодуля 10,применение высоких температур при делигнификации, больший расход уксусной кислоты и длительность процесса. Приведенный способ по совокупности признаков и достигнутому положительному эффекту является наиболее близким техническим решением(прототипом). Технической задачей изобретения является получение целлюлозы из соломы овса. Новизна предлагаемого способа получения целлюлозы из соломы овса состоит в том, что делигнификация,щелочная обработка и отбелка соломы овса проводятся с гидромодулем 7, что снижает расход воды, делигнификация проходит при температуре 120 С в течение 2 часов, отбелка волокнистого продукта проводится той же концентрацией уксусной кислоты и пероксида водорода, что и при делигнификации в течение 2 часов и температуре 120 С, уменьшается расход уксусной кислоты, весь процесс получения целлюлозы протекает в течение 6 часов. Делигнификация соломы овса проводится по следующей схеме (рисунок 1) Рисунок 1 Схема получения целлюлозы из соломы овса Подготовка соломы овса Делигнификация соломы овса ледяная уксусная кислота -24,7 мас., перекись водорода - 5,3 мас.,серная кислота - 2 мас., гидромодуль 7, 120 С, 2 ч Отбелка волокнистого продукта ледяная уксусная кислота - 24,7 мас., перекись водорода -5,3 мас.,гидромодуль 7, 120 С, 2 ч Солома овса измельчается на мельнице,промывается. Навеска измельченной соломы помещается в колбу и заливается реакционной смесью (ледяная уксусная кислота (марка ХЧ ГОСТ 61-75) - 24,7 мас., перекись водорода (ГОСТ 177-88) - 5,3 мас., серная кислота (ГОСТ 4204-77)- 2 мас.), при гидромодуле - 7. Выдерживается при температуре 120 С в течение 2 часов. Фильтруется,промывается дистиллированной водой (ГОСТ 670972). Полученный волокнистый продукт обрабатывается 0,1 нв течение 2 часов, при температуре 120 С, гидромодуле - 7, с целью экономии пероксида водорода. После обработки щелочью волокнистый продукт фильтруется и промывается дистиллированной водой. Затем проводится стадия отбелки смесью (ледяная уксусная кислота от 24,7 мас., перекись водорода 5,3 мас.), гидромодуль - 7 в течение 2-х часов при температуре 120 С. Далее продукт промывается водой и сушится. Выход целлюлозы составил 41 от массы абсолютно сухой соломы овса, количество-целлюлозы в образце - 82, лигнина 2,3,белизна 80 у.ед. (рисунок 2, таблица 1). Исходное сырье и полученный волокнистый продукт исследованы с использованием цифрового микроскопа 300/310 (рисунок 2). Адсорбционную способность технической целлюлозы оценивали по наличию в ней карбоксильных групп, несвязанных водородными связями, которые являются основными центрами сорбции в целлюлозных материалах. Сорбционную способность оценивали по количеству йода,сорбированного образцом целлюлозы. Таблица 1 Физико-химические показатели технической целлюлозы из соломы овса Показатели Адсорбционная способность, мг/г Сорбционная способность по йоду,Набухание в растворе 17,5 Впитываемость при одностороннем смачивании, г/м 2 Предлагаемый способ позволяет получить качественную целлюлозу из овсяной соломы способом каталитической делигнификации. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения целлюлозы из соломы овса,включающий измельчение,делигнификацию,предварительную щелочную обработку волокнистого продукта, отбелку, отличающийся тем, что делигнификация, щелочная обработка и отбелка соломы овса проводятся с гидромодулем 7,делигнификация проходит при температуре 120 С в течение 2 часов, отбелка волокнистого продукта проводится той же концентрацией уксусной кислоты (24,7 мас.) и пероксида водорода (5,3 мас.), что и при делигнификации в течение 2 часов и температуре 120 С, уменьшается расход уксусной кислоты на 1,1, весь процесс получения целлюлозы протекает в течение 6 часов. Адо варки, Бпосле варки, Вволокнистый продукт после всех стадий варки