CC BY
14
УДК 662.8.053.42
В.В. Заляжных, Д.Г. Чухчин
Заляжных Владимир Васильевич родился в 1960 г., окончил в 1982 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры стандартизации, метрологии и сертификации Архангельского государственного технического университета. Имеет более 20 печатных трудов в области биохимической переработки растительного сырья, гидролизных и сульфитных щело-
Чухчин Дмитрий Германович родился в 1971 г., окончил в 1993 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры биотехнологии Архангельского государственного технического университета. Имеет 19 печатных трудов в области химической переработки древесины.
ПОГЛОЩЕНИЕ ЛИГНОСУЛЬФОНОВЫХ КИСЛОТ ПРИ ОБРАБОТКЕ СУЛЬФИТНЫХ ЩЕЛОКОВ АНИОНИТОМ АН-31
Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии показано, что анионит АН-31 селективно сорбирует низкомолекулярные лигносульфонаты.
сульфатные щелока, жидкостная хроматография, анионит АН-31, лигносульфоно-вые кислоты; низкомолекулярные лигносульфонаты.
Обработка сульфитного и бисульфитного щелоков анионитом АН-31 при температуре около 80 ... 90 0С является эффективным способом их подготовки к биохимической переработке, позволяющим получать субстраты с низким содержанием сернистых соединений [2]. При этом ионит сорбирует также часть лигносульфонатов. Известно, что обработка аниони-тами позволяет фракционировать лигносульфонаты по размерам молекул и молекулярным массам [3]. Нами изучено фракционирование лигносульфонатов анионитом АН-31.
В исследовании использовали сульфитный щелок Архангельского ЦБК и бисульфитный щелок Сясьского ЦБК. Анионит АН-31 к работе готовили по методике, изложенной в [4]. Обработку щелока вели путем пропускания его нисходящим потоком через ионит в ОН-форме, загруженный в количестве 7 г в колонку диаметром 15 мм, термостатируемую при температуре ( = (85 ± 5) °С. Объем загрузки иоиита в ОН-форме составил 22 мл. Ио-нированный щелок отбирали фракциями по 100 мл. Регенерацию ионита
проводили 1 и. раствором аммиака в количестве 200 мл при (85 ± 5) °С с удельной нагрузкой регенерирующего раствора на ионит 5,8 м3/(т-ч) (1,8 л/(л-ч). Перед регенерацией и после нее ионит в колонке промывали водой до нейтральной реакции. Содержание лигносульфонатов в ионирован-ном щелоке в процентах от исходного рассчитывали по поглощению при длине волны X = 230 нм [1] в буфере с рН 6 (разведение 1:10 000).
В исходном и ионированном щелоках, а также в растворе после регенерации (регенерате) определяли молекулярно-массовое распределение лигносульфонатов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографе «Милихром-4» с колонкой диаметром 2 мм и длиной 32 мм, заполненной гелем GMA-EDMA. В качестве элюента использовали диметилформамид с добавками 5 % ледяной уксусной кислоты и 1 % хлорида лития для подавления сорбционных и полиэлектролитных эффектов. Детектирование вели по поглощению при А, = 280 нм. Хромато-графическая колонка была откалибрована по фракциям лигносульфонатов с известными молекулярными массами, определенными абсолютным методом на ультрацентрифуге. Зависимость между коэффициентом распределения Kd и молекулярной массой M имела вид
Kd = 1,8839 - 0,3134 lg M.
Регенерат перед хроматографированием для повышения концентрации лигносульфонатов упаривали в 5 раз под вакуумом при t = 60 оС. По полученным хроматограммам рассчитывали молекулярно-массовые распределения, а также среднечисловые Mn и среднемассовые Mw молекулярные массы.
Кинетика поглощения лигносульфонатов сульфитного щелока ио-нитом в зависимости от удельной нагрузки на ионит показана в табл. 1.
Таблица 1
Удельная Массовая доля сорбированных лигносульфонатов,
нагрузка, % от исходного, для фракций
м3/(т-ч) 1 2 3 4 5 6
28,6 20 15 12 9 8 6
7,2 20 15 13 12 - -
Из данных табл. 1 видно, что четырехкратное снижение удельной нагрузки на ионит с 28,6 до 7,2 м3/(т-ч) не оказывает существенного влияния на кинетику сорбции лигносульфонатов анионитом АН-31. Учитывая, что удельная нагрузка 28,6 м3/(т-ч) близка к оптимальной для десульфитации сульфитного щелока [1], можно считать ее наиболее приемлемой при проведении фракционирования лигносульфонатов.
Нормированные хроматограммы образцов, полученных при иониро-вании щелоков с удельной нагрузкой на ионит 28,6 м3/(т-ч), представлены
на рисунке. Как видно из этих данных, при обработке сульфитного и
Нормированные хроматограммы образцов сульфитного (а) и би-сульфитного (б) щелоков:
1 - исходный; 2 - фракции 1 - 6; Таблица 2 3 - фракЦия 1; 4 - регенерат
Щелок Образец Молекулярная масса лигносульфонатов Массовая доля сорбированных лигносульфонатов, % от исходного
Mn Mw
Сульфитный Исходный 9 100 38 700 -
Регенерат 4 400 7 600 -
Фракция 1 18 800 46 200 20
Фракции 1-6 11 300 39 900 12
Бисульфитный Исходный 6 700 34000 -
Фракции 1-6 8 400 38 000 -
бисульфитного щелоков ионитом АН-31 селективно поглощается низкомолекулярная часть лигносульфонатов. Молекулярные массы образцов представлены в табл. 2.
Известно, что удаление из щелока низкомолекулярных лигносульфонатов и минеральных примесей позволяет существенно улучшить качество получаемых технических лигносульфонатов и увеличить объем их использования [5]. Таким образом, можно ожидать, что при десульфитации сульфитных щелоков анионитом АН-31 селективное удаление низкомолекулярной фракции лигносульфонатов в сочетании с одновременным удалением неорганических анионов [2] можно применять для получения высококачественных технических лигносульфонатов. Это позволит увеличить объемы реализации технических лигносульфонатов и соответственно сократить их сброс в водоемы. Выделяемые при регенерации аммонийные соли низкомолекулярных лигносульфоновых кислот должны более эффективно ассимилироваться при биологической очистке, чем высокомолекулярные лигносульфонаты щелока, и служить источником азота для микроорганизмов активного ила. Кроме того, образующийся при регенерации раствор аммониевых солей лигносульфоно-
вых и других кислот, вероятно, можно перерабатывать или непосредственно использовать как азотсодержащее удобрение.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гольдшмид О. Ультрафиолетовые спектры // Лигнины (структура, свойства, реакции) / Под ред. К.В.Сарканена, К.Х. Людвига. - М: Лесн. пром-сть, 1975. - С. 147-170.
2. Заляжных В.В. Обработка сульфитного щелока анионитом АН-31 // Лесн. журн. - 2000. - №. 5-6. - С. 158-165.- (Изв. высш. учеб. заведений).
3. Сапотницкий А.С. Использование сульфитных щелоков. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Лесн. пром-сть, 1965. - 283 с.
4. Цитович И.К. Курс аналитической химии: Учеб. для с.-х. вузов.- 6-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк., 1994. - 495 с.
5. ЧудаковМ.И. Промышленное использование лигнина.- 3-е изд., испр. и доп. - М: Лесн. пром-сть, 1983. - 200 с.
Архангельский государственный технический университет
Поступила 21.11.96
V. V. Zalyazhnykh, D. G. Chukhchin
Absorption of Lignosulfonic Acids when Treating the Sulfite Liquor with Anionite AN-31
Based on the method of high-efficient liquid chromatography it was demonstrated that anionite AN-31 selectively absorbs low-molecular lignosulfonates.
