CC BY
19
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 11 (42) ■ Часть 3 • Декабрь
DOI: 10.18454/IRJ.2015.42.183 Протопопов А.В.1, Ворошилова А.В.2, Бобровская С.А.2
1ORCID: 0000-0003-2752-6726 Кандидат химических наук, 2бакалавр,
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова ПОЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ЛИГНИНА, ХИМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННОГО
ТЕРЕФТАЛЕВОЙ КИСЛОТОЙ
Аннотация
Исследована возможность химической модификации сульфатного лигнина терефталевой кислотой в среде тионилхлорида.
Ключевые слова: лигнин, продукты лигнина, ацилирование
Protopopov A.V.1, Voroshilova A.V.2, Bobrovskaya S.A.2
1ORCID: 0000-0003-2752-6726 PhD in Chemistry, 2bachelor Polzunov Altai State Technical university
OBTAINING OF LIGNIN, A CHEMICALLY MODIFIED TEREPHTHALIC ACID
Abstract
Studied the possibility chemical modification of sulfate lignin terephthalic acid in the environment of thionylchlorid. Keywords: lignin, acilation .
Для исследователей в области переработки отходов деревообрабатывающей промышленности, в первую очередь технических лигнинов и лигнинсодержащих материалов (лигносульфоновых кислот), стоит важная задача: поиск способов модификации технических лигнинов, при котором затраты энергии, реагентов и, соответственно, негативные последствия для человека и окружающей среды будут минимальными, а переработка отходов деревоперерабатывающей промышленности станет многотоннажной. Лигнин в настоящее время широко используется, как в исходной форме, так и в модифицированной, однако до сих пор остаётся проблематика крупнотоннажной переработки и утилизации технических лигнинов. Исследования, ведущиеся в настоящее время в области утилизации отходов деревопереработки направлены на поиск новых, более дешевых и менее энергоёмких способов переработки лигнина, а также новых областей применения этого материала, как в первоначальной, так и изменённой формах [1].
Цель проделанной работы состояла в получении продуктов лигнина химически модифицированного с терефталевой кислотой в среде тионилхлорида.
Ацилирование лигнина проводилось по ранее разработанной методике ацилирования карбоновыми кислотами [2, 3] при различных температурах в течении 3 и 5 часов.
Ацилирующую смесь получали по следующей методике: предварительно растворяли навеску (эквивалентное навеске лигнина) терефталевой кислоты в избытке тионилхлорида. Полученную смесь в течение 30 минут выдерживали при выбранной температуре синтеза для взаимодействия тионилхлорида с терефталевой кислотой. Продукты синтеза тщательно отмывали толуолом от избытка тионилхлорида и сушили до воздушно-сухого состояния. Впоследствии очищали от непрореагировавшей терефталевой кислоты.
Полученный продукт подвергали анализу на содержание связанных кислот и определения прореагировавших гидроксильных групп лигнина. Данные представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Количество прореагировавших гидроксильных групп
Время (ч) Температура (оС)
35 45 55 65
3 4,48 4,99 5,26 5,91
5 4,65 5,77 6,03 6,58
Исходя из полученных результатов можно сказать, что с увеличением температуры и времени синтеза увеличивается число провзаимодействовавших гидроксильных групп лигнина. Чтобы определить общее количество гидроксильных групп в лигнине был проведён анализ на количество гидроксильных групп в алифатической цепи и ароматическом кольце лигнина. Было установлено, что общее количество гидроксильных групп в сульфатном лигнине
63
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 11 (42) ■ Часть 3 • Декабрь
равно 11,8 %, при этом первичных (алифатических) ОН - групп в среднем составляет 9,1 %, а ароматических (кислых) гидроксильных групп - 2,7 %.
Реакции, протекающие в лигнине происходят на поверхности и относятся к топохимическим. Для расчета кинетики таких процессов широко используется уравнение Ерофеева-Колмогорова. Исходя из химического анализа на общее число гидроксильных групп была рассчитана степень превращения и впоследствии построены кинетические анаморфозы.
После обработки полученных данных по уравнению Ерофеева-Колмогорова из построенных кинетических анаморфоз были определены константы скорости химической реакции, которые составили 6,63*10-6 с-1 при 35 градусах, 7,15*10-6 с-1 при 45 градусах, 8,03*10-6 с-1 при 55 градусах, 8,13*10-6 с-1 при 65 градусах. Полученные результаты свидетельствуют о незначительном отличии скоростей реакции при 55 и 65 градусах. Исходя из полученных значений констант скоростей, можно сделать заключениео протекании реакции в диффузионной области.
Рис. 2 - ИК-спектры химически модифицированного лигнина: 1 - исходный лигнин; 2 - продукт полученный при
3 часах 45 0С; 3 - продукт полученный при 5 часах 55 0С
Полученные продукты химической модификации лигнина анализировали методом ИК-спектроскопии, (рисунок 2). Полосы поглощения в области 3600 см-1 , характерны для валентных колебаний OH-групп. При возрастании степени превращения на ИК-спектрах увеличивается интенсивность полосы поглощения колебаний гидроксильных групп карбоновых кислот 3500-3600 см-1, а также возрастает интенсивность полос поглощения сложноэфирной группы 1750-1730 см-1 и полос поглощения, ответственных за колебания С-С связи ароматического кольца 1560-1460 см-1.
Литература
1. Кузнецов Б.Н., Кузнецова С.А., Тарабанько В.Е. Новые методы получения химических продуктов из биомассы деревьев сибирских пород// Российский химический журнал. 2004. Т. 48. №3.
2. А.В. Протопопов, Я.В. Фролова, О.В. Радкина. Ацилирование сульфатного лигнина о-аминобензойной кислотой // Ползуновский вестник. - Барнаул: Изд-во Алт ГТУ, 2013, № 1.- С. 222-224
3. А.В. Протопопов, В.В. Коньшин, М.М. Чемерис. Изучение кинетических закономерностей реакции ацилирования древесины // Ползуновский вестник. - Барнаул: Изд-во Алт ГТУ, 2006, № 2 Т.1.- С. 129-131.
References
1. Kuznetcov B.N., Kuznetcova S.A., Taraban'ko V.E. Novy'e metody' polucheniia himicheskikh produktov iz biomassy' derev'ev sibirskikh porod// Rossii'skii' himicheskii' zhurnal. 2004. T. 48. №3.
2. A.V. Protopopov, Ia.V. Frolova, O.V. Radkina. Atcilirovanie sul'fatnogo lignina o-aminobenzoi'noi' kislotoi' // Polzunovskii' vestneyk. - Barnaul: Izd-vo Alt GTU, 2013, № 1.- S. 222-224
3. A.V. Protopopov, V.V. Kon'shin, M.M. Chemeris. Izuchenie kineticheskikh zakonomernostei' reaktcii atcilirovaniia drevesiny' // Polzunovskii' vestneyk. - Barnaul: Izd-vo Alt GTU, 2006, № 2 T.1.- S. 129-131.
64
