CC BY
1
A UNIVERSUM:
№11(128)_ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_ноябрь. 2024 г.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
DOI - 10.32743/UniTech.2024.128.11.18738
ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМОГО НИТРОЛИГНИНА ИЗ ГИДРОЗОЛЬНЫХ ЛИГНЕНОВ ПО СУХОМУ МЕТОДУ
Абдуазимов Ботир Баходирович
мл. науч. сотр., Институт химии растительных веществ им. акад. С.Ю. Юнусова, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
Халилов Равшанжон Муратджанович
д-р техн. наук, Институт химии растительных веществ им. акад. С.Ю. Юнусова, Республика Узбекистан, г. Ташкент
PREPARATION OF WATER-SOLUBLE NITROLIGNIN FROM HYROLYSIS LIGNINS BY THE DRY METHOD
Botir Abduazimov
Junior researcher, Institute chemistry of plant substances, Uzbekistan, Tashkent
Ravshanjon Khalilov
Doctor of technical sciences, Institute chemistry of plant substances, Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В статье представлены оптимальные условия получения нитролигнинов сухим методом из гидролизных лигнинов (ГЛ) рисовой шелухи, древесных опилок и шелухи семян хлопчатника. Для оценки степени влияния параметров на процесс нитрования исследуемых ГЛ по сухому методу мы применяли метод математического планирования эксперимента по Боксу-Уильсону. Установлены следующие условия нитровании изучаемых ГЛ: концентрация меланжа - 50 %, который содержит в составе 50,2 % H2O; 45 % HNO3 ; 4,8 % H2SO4; соотношения ГЛ : меланжа - 1:4; продолжительность перемешивании - 6 ч; размер частиц ГЛ - 2 мм; скорость вращения мешалки при перемешивания - 20 обр/мин
ABSTRACT
The article presents the optimal conditions for obtaining nitrolignins by the dry method from hydrolyzed lignins (GL) of rice husk, sawdust and husk of cotton seeds. To assess the degree of influence of the parameters on the nitration process of the studied GL using the dry method, we used the method of mathematical planning of the Box-Wilson experiment. The following conditions for nitration of the studied GL have been established: the concentration of melange is 50 %, which contains 50.2 % H2O; 45 % HNO3; 4.8 % H2SO4; the ratio of GL: melange is 1:4; the duration of stirring is 6 hours; the particle size of GL is 2 mm; the speed of rotation of the agitator during mixing is 20 rpm
Ключевые слова: гидролизный лигнин, меланж, нитрование, нитролигнин, растворимый лигнин.
Keywords: hydrolysis lignin, melange, nitration, nitrolignin, soluble lignin.
Введение
В Институте химии растительных веществ АН РУз разработан препарат «Рослин», обладающий свойством регулятора роста растений. Получение
«Рослина» включает в себя следующие этапы: окислительное нитрование лигнина, получение водорастворимой фракции нитролигнина (НЛ), омыление волокна нитрон, сополимеризация водорастворимого НЛ и нитрона [1].
Библиографическое описание: Абдуазимов Б.Б., Халилов Р.М. ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМОГО НИТРОЛИГНИНА ИЗ ГИДРОЗОЛЬНЫХ ЛИГНЕНОВ ПО СУХОМУ МЕТОДУ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 11(128). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18738
Ранее сообщали результаты изучения химического состава гидролизных лигнинов рисовой лузги (ГЛРЛ), древесных опилок (ГЛДО) и шелухи семян хлопчатника (ГЛШСХ) для получения характеристик этого многотоннажного сырья как основы для его дальнейшей переработки и выявление оптимальных условий получения нитролигнина из указанных гидролизных лигнинов мокрым методом в жидкой среде [9]. Существуют два способа производства нитролигнина: сухой и мокрый [4; 5; 7; 10]. По мокрому способу нитролигнин получают путем окисления и нитрования технических лигнинов нитросмесью, содержащей различные соотношения азотной и других минеральных кислот, таких как H2SO4, HзPO4 [10].
По сухому способу технические лигнины обрабатывают концентрированной азотной кислотой при перемешивании [6; 9].
Цель исследования - изучение выявления оптимальных условий получения нитролигнина из гидролизных лигнинов рисовой лузги, древесных опилок и шелухи семян хлопчатника сухим методом.
Материалы и методы исследований
В качестве основных образцов для исследований использовали ГЛРЛ и ГЛДО из хранилищ
ГЛ Янгиюльского биохимического завода, ГЛШСХ -из Андижанского гидролизного завода.
Для оценки степени влияния параметров на процесс нитрования исследуемых ГЛ по сухому методу мы применяли метод математического планирования эксперимента по Боксу-Уильсону [3].
Параметром оптимизации служил выход НЛ, растворяющийся в 2 %-ном щелочном растворе, % к массе ГЛ, так как он является основным показателем получаемого НЛ. Во всех опытах количество сырья и метод выделения были идентичными. В опытах использовали по 0,1 кг ГЛ.
Результаты и обсуждение
На основе априорной информации (в данном случае результатов приведенных в научной литературе) выбрали следующие факторы, в наибольшей степени, влияющие на процесс нитрования ГЛ по сухому методу: концентрация меланжа - Х1; соотношения ГЛ: меланжа - Х2; продолжительность перемешивания -Х3; размер частиц ГЛ - Х4; скорость вращения мешалки при перемешивания - Х5.
Для выбранных факторов установили основные уровни и интервалы варьирования (табл. 1). Матрицы планирования экспериментов и полученных результатов приведены в таблице 2.
Таблица 1.
Факторы и интервалы варьирования
Уровень факторов Фактор
Х1 Х2 Х3 Х4 Х5
Верхний 50 4:1 6 2 20
Средний 40 3:1 5 4 15
Нижний 30 2:1 4 6 10
Интервал варьирования 10 - 1 2 5
Единица измерения % - час мм обр./мин
Установлены два уровня пяти факторов с применением планирования типа 25-2 с генерирующими соотношениями Х4 = Х1 • Х2 и Х5 = Х2 Х3. Получили следующие коэффициенты регрессии
(Ь1):
Ьо = 35,5738; Ьх = 3,8656; Ь2 = 3,9118; ГЛШСХ: Ь3 = 2,2356; Ь4 = 3,3531; Ь5 = 2,2531
Ьо = 11,8525; Ь1 = 2,6750; Ь2 = 3,3337; ГЛРЛ: Ь3 = 1,4537; Ь4 = 3,5962; Ь5 = 2,5300
Ьо = 29,5743; Ь1 = 2,9431; Ь2 = 2,9618; ГЛДО: Ь3 = 1,7618; Ь4 = 3,8256; Ь5 = 3,1943
Получили следующие уравнения регрессии:
ГЛШСХ: 35,58 + 3,86 Х1 + 3,91 Х2 + 2,23 Х3 + 3,35 Х4+ 2,25 Х5
ГЛРЛ: 11,85 + 2,67 Х1 + 3,33 Х2 + 1,45 Х3 + 3,59 Х4+ 2,53 Х5
ГЛДО: 29,57 + 2,94 Х1 + 2,96 Х2 + 1,76 Х3 + 3,82 Х4+ 3,19 Х5
Таблица 2.
Матрица планирования экспериментов
Показатели № опыта
1 2 3 4 5 6 7 8
Хо + + + + + + + +
ев & Х1 - - + + - - + +
Н И Х2 - + - + - + - +
Хз + + + + - - - -
О « ..........Х4........................................ Х5 + + - + + + + - + +
Выход НЛ растворяющийся в щелочном растворе, % к массе ГЛ
3 н X О У1 32,35 35,64 28,63 51,68 27,64 26,44 33,25 40,14
ев Н Л У2 34,47 38,74 30,95 49,86 29,96 28,27 35,89 45,16
Ч 1-4 у А ср 33,51 37,19 29,79 50,77 28,80 27,35 34,57 42,65
и а - ч Рч ч У1 У; 9,65 8,33 12,82 11,76 6,54 5,25 26,85 25,25 10,62 9,16 5 93 5,15 9,58 8,75 17 28 16,45
я и т ^ ч и уср 8,99 12,29 5,89 26,05 9,89 5,54 9,30 16,86
о У1 26,25 29,63 22,85 45,35 27,64 20,22 27,25 34,26
о И п ч У; 27,15 30,86 24,47 44,13 28,94 22,36 28,35 33,48
1-4 Уср 26,70 30,24 23,66 44,74 28,29 21,29 27,80 33,87
Чтобы убедиться в правильности проведения эксперимента, адекватности полученной модели, провели статистическую обработку полученных данных (табл. 3).
Результаты расчетов показали, что все дисперсии однородны:
ГЛШСХ: Gэкс = 0,4007 < Gкр = 0,6798
ГЛРЛ: Gэкс = 0,2183 < Gкр = 0,6798
ГЛДО: Gэкс = 0,3153 < Gкр = 0,6798
Определяли дисперсию воспроизводимости и по- Находили дисперсию адекватности:
лучили следующие показатели: ГЛШСХ: Sад2 = 15,5002; ГЛРЛ: Sад2 = 2,0340;
= 3,9307; ГЛРЛ: Sy2
Таблица 3.
Статистический анализ
ГЛШСХ: Sy2 = 3,9307; ГЛРЛ: Sy2 = 0,7330; ГЛДО: Sад2 = 1,6949
ГЛДО: Sy2 = 0,9077
Наименование i- значения Сумма
ГЛ 1 2 3 4 5 6 7 8
ду, -0,96 -1,55 -1,56 0,91 -1,16 -0,91 -1,32 -2,51 -8,66
ГЛШСХ ДУ,2 0,92 2,40 1,34 0 82 1,34 0,84 1,74 6,30 15 72
я,2 1,84 4,80 2,69 1,65 2,69 1,67 3,48 12,60 31,45
Урас 31,13 36,76 32,16 51,19 31,17 27,78 32,19 42,22 284,64
ДУ,' 2,37 0,43 -2,37 -0,43 -2,37 -0,43 2,37 0,43 0
(ДУ,')2 5,62 0,18 5,62 0,18 5,62 0,18 5,62 0,18 23,25
ДУ, 0,66 0,53 0,65 0,80 0,73 0,39 0,55 0,41 4,72
ДУ,2 0,43 0 28 0,41 0,64 0 53 0,15 0,30 0,17 2 93
& я,2 0,87 0,56 0,83 1,28 1,06 0,30 0,60 0,34 5,66
1-4 Урас 8,36 12,89 6,52 25,44 10,51 4,93 8,67 17,47 94,82
ДУ,' 0,63 -0,61 -0,63 0,61 -0,63 0,61 0,63 0,61 0
(ДУ,')2 0,39 0,37 0,39 0,37 0,39 0,37 0,39 0,37 3,05
Наименование ГЛ i- значения Сумма
1 2 3 4 5 6 7 8
AY, -0,45 -0,61 -0,81 0,61 -0,65 -1,07 -0,55 0,39 3,15
AY,2 0,20 0,37 0,65 0,37 0,42 1,14 0,30 0,15 3,63
& Si2 0,40 0,75 1,31 0,74 0,84 2,28 0,60 0,30 7,26
1-4 Yрас 26,06 30,72 24,29 44,26 28,92 20,81 27,16 34,34 236,60
AY,' 0,64 -0,48 -0,64 0,48 -0,64 0,48 0,64 -0,48 0
(AY,')2 0,40 0,22 0,40 0,22 0,40 0,22 0,40 0,22 2,22
При статистической обработке полученных данных установили, что все полученные модели адекватны:
ГЛШСХ: F3KC = 3,9432 < Gkp = 4,5
ГЛРЛ: F3KC = 2,7747 < Fтаб = 4,5
ГЛДО: F3KC = 1,8672 < Fтаб = 4,5
На основе полученных результатов находили доверительный интервал варьирования (Abi ):
ГЛШСХ: Abi = 2,2304; ГЛРЛ: Abi = 0,9632;
ГЛДО: Abi = 1,0718
Из чего следует, что коэффициенты полученного уравнения (bi) больше доверительного интервала варьирования (Abi), следовательно, все рассмотренные факторы значимы.
Как видно из таблицы 2, во всех изучаемых ГЛ максимальный выход НЛ, растворяющегося в щелочном растворе, получен в опыте 4.
Выводы
Таким образом, проведенными исследованиями методом математического планирования эксперимента выявлены оптимальные следующие условия нитрования изучаемых ГЛ по сухому методу:
• концентрация меланжа - 50 %, который содержит в составе 50,2 % Н2О; 45 % НШз ; 4,8 % Н28О4;
• соотношения ГЛ : меланжа - 1 : 4;
• продолжительность перемешивания - 6 ч;
• размер частиц ГЛ - 2 мм;
• скорость вращения мешалки - 20 обр/мин.
Список литературы:
1. А.С. 1649798 (СССР). Способ получение водорастворимого производного лигнина / Абдуазимов Х.А, Умаров А.А., Соипов З.К., Хамидов М.Х., Азимов Э.Г. // Откр. Изобрет. - 1991. - №18. - С. 245.
2. Абдуазимов Б.Б., Биковенс О.Э., Нейберте Б.Я., Халилов Р.М. Химический состав гидролизных лигнинов рисовой лузги, древесных опилок, шелухи семян хлопчатника гидролизных заводов Узбекистана и оптимальные условия получения водорастворимого нитролигнина // Химия растительного сырья. - 2024. -№2. - С. 76-88. DOI: 10.14258/jcprm.20240213170.
3. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. - М., 1978. -319 с.
4. Гисматулина Ю.А., Будаева В.В. Азотнокислый способ получения целлюлозы // Ползуновский вестник. -2016. - Т.1. - №4. - С. 174- 178.
5. Крутов С.М., Возняковский А.П., Грибков И.В., Шугалей И.В. Пути решения проблемы лигниновых отходов: прошлое, настоящее и будущее // Экологическая химия. - 2014. - T. 23(3). - C. 145-158.
6. Патент РБ BY 3407 C1. Способ обработки технического гидролизного лигнина // Косяк А.П., Горский Г.М., Зильберглейт М.А., Марцуль В.Н., Кебич М.С., Кандыбович И.И., Козлов В.П., Опубликовано: 30.06.2000. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://by.patents.su/4-3407-sposob-obrabotki-tehnicheskogo-gidroliznogo-lignina.html (дата обращения 10.11.2024).
7. Судакова И.Г., Левданский А.В., Кузнецов Б.Н. Методы химической и термохимической переработки гидролизного лигнина // Журнал СФУ. - Химия. - 2021. - №2. - С. 263-275.
8. Цветков М.В., Салганский Е.А. Лигнин: Направления использования и способы утилизации // Журнал прикладной химии. - 2018. - Т. 91(7). - С. 988-997.
9. Чудаков М.И. Промышленное использование лигнина. - изд. 3-е - Москва: Лесная промышленность, 1983. -200 с.
10. Шорыгина Н.Н., Резников В.М., Елкин В.В. Реакционная способность лигнина. - Москва: Наука, 1976. - 368 с.
