RU2203995C1 - Method for producing microcrystalline cellulose - Google Patents
Method for producing microcrystalline cellulose Download PDFInfo
- Publication number
- RU2203995C1 RU2203995C1 RU2002118498/12A RU2002118498A RU2203995C1 RU 2203995 C1 RU2203995 C1 RU 2203995C1 RU 2002118498/12 A RU2002118498/12 A RU 2002118498/12A RU 2002118498 A RU2002118498 A RU 2002118498A RU 2203995 C1 RU2203995 C1 RU 2203995C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wood waste
- hydrogen peroxide
- acetic acid
- wood
- microcrystalline cellulose
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической переработке целлюлозосодержащего сырья, конкретно к способу получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), которая находит широкое применение в качестве наполнителя в фармацевтической, пищевой и парфюмерной промышленности, стабилизатора водно-латексных красок и эмульсий, сорбента для хроматографии. МКЦ может быть использована в медицине как физиологически активное вещество, улучшающее обменные процессы в организме. The invention relates to the chemical processing of cellulose-containing raw materials, specifically to a method for producing microcrystalline cellulose (MCC), which is widely used as a filler in the pharmaceutical, food and perfume industries, a stabilizer for water-latex paints and emulsions, and a sorbent for chromatography. MCC can be used in medicine as a physiologically active substance that improves metabolic processes in the body.
Известные способы получения микрокристаллической целлюлозы основаны на обработке минеральными кислотами (соляной, серной, азотной и др.) высококачественного сырья с низким содержанием лигнина (хлопок, линтер, вата, целлюлоза, отходы хлопкового и текстильного производства). Низкосортное сырье (древесные отходы, опилки) используют только для получения порошковых целлюлоз, имеющих низкое качество из-за высокой степени полимеризации и значительного содержания остаточного лигнина. Known methods for producing microcrystalline cellulose are based on the processing by mineral acids (hydrochloric, sulfuric, nitric, etc.) of high-quality raw materials with a low lignin content (cotton, linter, cotton wool, cellulose, cotton and textile waste). Low-grade raw materials (wood waste, sawdust) are used only for the production of powdered celluloses of low quality due to the high degree of polymerization and a significant content of residual lignin.
Так, известен способ получения порошковой целлюлозы, заключающийся в обработке древесных опилок путем их кипячения в соляной или серной кислотах в смеси с водным раствором азотнокислой соли Na, К, NH4, Ni, Cu(II) или Cd при объемном соотношении растворов кислоты и соли 2,5-3,5:1, в течение 6-8 часов и гидромодуле 20-30 (SU 1699142, 20.07.1989).So, there is a known method of producing powdered cellulose, which consists in processing wood sawdust by boiling them in hydrochloric or sulfuric acids in a mixture with an aqueous solution of nitric acid salt Na, K, NH 4 , Ni, Cu (II) or Cd with a volume ratio of acid and salt solutions 2.5-3.5: 1, for 6-8 hours and a water module 20-30 (SU 1699142, 07.20.1989).
Недостатками данного способа являются: неэкологичность процесса, что обусловлено длительным кипячением опилок в таких ядовитых веществах, как соляная или серная кислоты, в присутствии солей щелочных и тяжелых металлов, являющихся канцерогенами; низкое качество получаемого продукта из-за значительного содержания остаточного лигнина (1,7-7,9%) и высокой средней степени полимеризации (295-630); значительный расход химреактивов, что создает определенные сложности в очистке промывных вод от солей тяжелых металлов и утилизации отходов. The disadvantages of this method are: non-environmental process, which is due to the prolonged boiling of sawdust in toxic substances such as hydrochloric or sulfuric acid, in the presence of salts of alkali and heavy metals, which are carcinogens; low quality of the resulting product due to the significant content of residual lignin (1.7-7.9%) and a high average degree of polymerization (295-630); significant consumption of chemicals, which creates certain difficulties in the purification of wash water from salts of heavy metals and waste disposal.
Известен способ получения микрокристаллической и порошковой целлюлозы, в котором лигноцеллюлозный материал (древесную щепу) измельчают взрывным автогидролизом с последующей многократной экстракцией лигнина водой и растворителем (0,41% NaOH, ацетон, диоксан, этиловый спирт и др.). Далее, выделенную целлюлозу отбеливают раствором сложного состава с последующим кислотным гидролизом (SU 1792942, 07.02.1993). A known method of producing microcrystalline and powder cellulose, in which lignocellulosic material (wood chips) is crushed by explosive autohydrolysis, followed by repeated extraction of lignin with water and a solvent (0.41% NaOH, acetone, dioxane, ethyl alcohol, etc.). Next, the selected cellulose is bleached with a solution of a complex composition followed by acid hydrolysis (SU 1792942, 02/07/1993).
Недостатками данного способа являются его сложность и многостадийность, что обусловлено требованием специального оборудования для взрывного автогидролиза (операция применяется для измельчения лигноцеллюлозного материала), многократной и продолжительной (24-часовой) экстракцией, использованием токсичных растворителей (ацетон, диоксан). Кроме того, недостатком способа является применение отбеливающего раствора сложного состава, а также низкое качество полученного продукта. The disadvantages of this method are its complexity and multi-stage, which is due to the requirement of special equipment for explosive autohydrolysis (the operation is used to grind lignocellulosic material), multiple and lengthy (24-hour) extraction, using toxic solvents (acetone, dioxane). In addition, the disadvantage of this method is the use of a bleaching solution of complex composition, as well as the low quality of the resulting product.
Наиболее близким к предлагаемому способу по физической сущности и конечному результату является способ получения микрокристаллической целлюлозы обработкой волокнистых отходов хлопкоочистительной и текстильной промышленности смесью 3,5%-ной соляной и 0,6%-ной азотной кислот в присутствии катализатора 10%-ной фосфорно-молибденовой кислоты при нагревании до 80oС в течение 1 ч при жидкостном модуле 1:10 (RU 2155192.27.08.2000).Closest to the proposed method in terms of physical nature and the final result is a method for producing microcrystalline cellulose by treating fibrous waste from the ginning and textile industries with a mixture of 3.5% hydrochloric and 0.6% nitric acids in the presence of a catalyst of 10% phosphor-molybdenum acid when heated to 80 o C for 1 h with a liquid module 1:10 (RU 2155192.27.08.2000).
К недостаткам данного способа относится использованием высококачественного сырья с низким содержанием лигнина (волокнистые отходы хлопкоочистительной и текстильной промышленности), низкое качество получаемой МКЦ из-за широкого диапазона степени полимеризции (150-400). Процесс сложен и неэкологичен вследствие использования экологически опасных минеральных кислот (соляной, азотной, фосфорно-молибденовой), требуются дополнительные затраты для их удаления. The disadvantages of this method include the use of high quality raw materials with a low lignin content (fibrous waste from the ginning and textile industries), poor quality of the obtained MCC due to the wide range of polymerization degree (150-400). The process is complex and environmentally friendly due to the use of environmentally hazardous mineral acids (hydrochloric, nitric, phosphorus-molybdenum), additional costs are required to remove them.
Задачей изобретения является:
- расширение сырьевой базы получения МКЦ за счет использования древесных отходов (опилок);
- упрощение процесса получения МКЦ;
- повышение качества целевого продукта;
- снижение его себестоимости за счет использования древесных отходов и упрощения процесса;
- повышение экологичности процесса.The objective of the invention is:
- expansion of the raw material base for obtaining MCC through the use of wood waste (sawdust);
- simplification of the process of obtaining the MCC;
- improving the quality of the target product;
- reduction of its cost due to the use of wood waste and simplification of the process;
- improving the environmental friendliness of the process.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения микрокристаллической целлюлозы путем кислотной обработки целлюлозосодержащего сырья, согласно изобретению, в качестве сырья используют древесные отходы (опилки), которые обрабатывают смесью 35%-го пероксида водорода и 30%-ной уксусной кислоты, взятых в мольном соотношении 0,3-0,5, в присутствии серной кислоты в количестве 1,5-2,0% от массы абсолютно сухой древесины при гидромодуле 10-15: 1; температуре 120-140oС и продолжительности 1-3 часа с последующим сольволизом волокнистого продукта. Сольволиз проводят в растворе аналогичного состава (смесь пероксида водорода и уксусной кислоты при мольном соотношении 0,3-0,5), но без сернокислотного катализатора при температуре 110-130oС, гидромодуле 10-15: 1 и продолжительности 1-2 часа. В качестве древесных отходов используют опилки березы, пихты, лиственницы.The goal is achieved in that in the method for producing microcrystalline cellulose by acid treatment of cellulose-containing raw materials, according to the invention, wood waste (sawdust) is used as raw material, which is treated with a mixture of 35% hydrogen peroxide and 30% acetic acid taken in molar the ratio of 0.3-0.5, in the presence of sulfuric acid in an amount of 1.5-2.0% by weight of absolutely dry wood with a water module of 10-15: 1; a temperature of 120-140 o C and a duration of 1-3 hours, followed by solvolysis of the fibrous product. Solvolysis is carried out in a solution of a similar composition (a mixture of hydrogen peroxide and acetic acid with a molar ratio of 0.3-0.5), but without sulfuric acid catalyst at a temperature of 110-130 o C, a hydraulic module of 10-15: 1 and a duration of 1-2 hours. Sawdust of birch, fir, larch is used as wood waste.
Сравнительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что изобретение позволяет значительно расширить сырьевую базу получения МКЦ, а следовательно, утилизировать огромные запасы древесных отходов лесопеперабатывающей промышленности. A comparative analysis of the proposed method with the prototype shows that the invention allows to significantly expand the raw material base for obtaining the MCC, and therefore, to utilize the huge reserves of wood waste from the timber industry.
Использование процессов делигнификации (обработка пероксидом водорода и уксусной кислотой в присутствии серной кислоты как катализатора) и последующего сольволиза позволяет получить микрокристаллическую целлюлозу более высокого качества: Кр=0,66-0,74, СП=100-248 (в прототипе 150-400). Предложенный способ позволяет снизить себестоимость получаемой МКЦ за счет использования дешевого сырья. Замена экологически вредных минеральных кислот (в прототипе) на пероксид водорода и уксусную кислоту делает предлагаемый процесс более экологичным. The use of delignification processes (treatment with hydrogen peroxide and acetic acid in the presence of sulfuric acid as a catalyst) and subsequent solvolysis allows to obtain higher quality microcrystalline cellulose: Cr = 0.66-0.74, SP = 100-248 (in the prototype 150-400) . The proposed method allows to reduce the cost of the obtained MCC through the use of cheap raw materials. The replacement of environmentally harmful mineral acids (in the prototype) with hydrogen peroxide and acetic acid makes the proposed process more environmentally friendly.
Предлагаемый способ подтверждается конкретными примерами. The proposed method is confirmed by specific examples.
Пример 1. 10 г древесных опилок осины фракции мм 2<d<5 мм с содержанием лигнина 21,8%, высушенных при температуре 105oС до постоянного веса, помещают в реактор, добавляют 27 мл пероксида водорода, 123 мл водного раствора уксусной кислоты (мольное соотношение Н2O2/СН3СООН=0,5) и 0,12 мл серной кислоты (2 маc.% от абсолютно сухой древесины). Гидромодуль равен 15:1. Реактор помещают в термокамеру и выдерживают при температуре 120oС в течение 2 часов. После чего смесь охлаждают фильтрацией, отделяют раствор от волокнистого продукта и промывают его водой до нейтральной реакции. Промытый продукт подвергают сольволизу при гидромодуле 15:1 в смесевом растворе, содержащем пероксид водорода и водный раствор уксусной кислоты (мольное соотношение Н2O2/СН3СООН=0,5), температура 120oС и продолжительность 1 час. Затем полученный продукт отделяют от раствора фильтрованием, промывают водой до нейтральной реакции и сушат при температуре 105oС до постоянного веса. Выход МКЦ 3,05 г (30,5% от массы абсолютно сухой древесины или 90,9% от массы абсолютно сухого волокнистого продукта). Степень полимеризации (СП) 217.Example 1. 10 g of sawdust
Примеры 2-17. Выполняют аналогично примеру 1, но варьируют состав рабочих растворов. Examples 2-17. Perform analogously to example 1, but vary the composition of the working solutions.
Основные характеристики микрокристаллической целлюлозы, полученной из древесных отходов приведены в таблице 2. Показателями качества МКЦ служат степень полимеризации (СП), индекс кристалличности (Кр), размер кристаллитов по нормали к плоскости (002). The main characteristics of microcrystalline cellulose obtained from wood waste are given in Table 2. The quality of the MCC are the degree of polymerization (SP), crystallinity index (Cr), crystallite size normal to the (002) plane.
Таким образом, предлагаемый способ получения микрокристаллической целлюлозы позволяет:
- расширить ее сырьевую базу за счет использования древесных отходов (опилок);
- повысить качество целевого продукта;
- упростить процесс получения МКЦ;
- снизить ее себестоимость за счет использования древесных отходов и упрощения процесса;
- повысить экологичность процесса.Thus, the proposed method for producing microcrystalline cellulose allows you to:
- expand its raw material base through the use of wood waste (sawdust);
- improve the quality of the target product;
- simplify the process of obtaining the MCC;
- reduce its cost through the use of wood waste and simplify the process;
- increase the environmental friendliness of the process.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002118498/12A RU2203995C1 (en) | 2002-07-09 | 2002-07-09 | Method for producing microcrystalline cellulose |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002118498/12A RU2203995C1 (en) | 2002-07-09 | 2002-07-09 | Method for producing microcrystalline cellulose |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2203995C1 true RU2203995C1 (en) | 2003-05-10 |
Family
ID=20255845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002118498/12A RU2203995C1 (en) | 2002-07-09 | 2002-07-09 | Method for producing microcrystalline cellulose |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2203995C1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2251449C1 (en) * | 2003-12-10 | 2005-05-10 | Тверской государственный технический университет | Method of production of a sorbent for sewage purification |
| RU2312110C1 (en) * | 2006-07-19 | 2007-12-10 | Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН) | Method for producing of fine-grain cellulose from cereals straw |
| RU2395636C1 (en) * | 2009-07-13 | 2010-07-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Method for production of microcrystalline cellulose from autohydrolised wood |
| RU2435641C1 (en) * | 2010-06-09 | 2011-12-10 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Method of producing sorbent |
| RU2627435C1 (en) * | 2016-06-16 | 2017-08-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Гематологический научный центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ ГНЦ Минздрава России) | Agent with antithrombotic activity |
| RU2682625C1 (en) * | 2018-03-20 | 2019-03-19 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Химии Коми Научного Центра Уральского Отделения Российской Академии Наук | Method for production of nanocrystalline particles of cellulose by catalytic solvolysis in an organic medium |
| RU2689753C1 (en) * | 2018-11-21 | 2019-05-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "КОМИ научный центр Уральского отделения Российской академии наук" | Nanocrystal, nanocrystal cellulose hydrosol and method for production thereof |
| RU2705957C1 (en) * | 2019-06-15 | 2019-11-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "КОМИ научный центр Уральского отделения Российской академии наук" | METHOD OF PRODUCING NANOCRYSTALLINE CELLULOSE USING A Cu (II) CATALYST |
| RU2760965C1 (en) * | 2016-06-23 | 2021-12-01 | Селлюкомп Лимитед | Method for producing cellulose-containing particles |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3446794A (en) * | 1963-10-21 | 1969-05-27 | W & R Balston Ltd | Cellulose derivatives |
| US4645541A (en) * | 1984-08-02 | 1987-02-24 | Delong Edward A | Method of producing level off DP microcrystallinecellulose and glucose from lignocellulosic material |
| RU2119986C1 (en) * | 1997-07-14 | 1998-10-10 | Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН | Method of producing microcrystalline cellulose |
| RU2141484C1 (en) * | 1998-06-15 | 1999-11-20 | Пермский завод им.С.М.Кирова | Method of microcrystalline cellulose producing |
| RU2155192C1 (en) * | 1999-08-04 | 2000-08-27 | ОАО "Нижегородский завод "Октябрь" | Microcrystalline cellulose production process |
-
2002
- 2002-07-09 RU RU2002118498/12A patent/RU2203995C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3446794A (en) * | 1963-10-21 | 1969-05-27 | W & R Balston Ltd | Cellulose derivatives |
| US4645541A (en) * | 1984-08-02 | 1987-02-24 | Delong Edward A | Method of producing level off DP microcrystallinecellulose and glucose from lignocellulosic material |
| RU2119986C1 (en) * | 1997-07-14 | 1998-10-10 | Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН | Method of producing microcrystalline cellulose |
| RU2141484C1 (en) * | 1998-06-15 | 1999-11-20 | Пермский завод им.С.М.Кирова | Method of microcrystalline cellulose producing |
| RU2155192C1 (en) * | 1999-08-04 | 2000-08-27 | ОАО "Нижегородский завод "Октябрь" | Microcrystalline cellulose production process |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2251449C1 (en) * | 2003-12-10 | 2005-05-10 | Тверской государственный технический университет | Method of production of a sorbent for sewage purification |
| RU2312110C1 (en) * | 2006-07-19 | 2007-12-10 | Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН) | Method for producing of fine-grain cellulose from cereals straw |
| RU2395636C1 (en) * | 2009-07-13 | 2010-07-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Method for production of microcrystalline cellulose from autohydrolised wood |
| RU2435641C1 (en) * | 2010-06-09 | 2011-12-10 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Method of producing sorbent |
| RU2627435C1 (en) * | 2016-06-16 | 2017-08-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Гематологический научный центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ ГНЦ Минздрава России) | Agent with antithrombotic activity |
| RU2760965C1 (en) * | 2016-06-23 | 2021-12-01 | Селлюкомп Лимитед | Method for producing cellulose-containing particles |
| RU2682625C1 (en) * | 2018-03-20 | 2019-03-19 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Химии Коми Научного Центра Уральского Отделения Российской Академии Наук | Method for production of nanocrystalline particles of cellulose by catalytic solvolysis in an organic medium |
| RU2689753C1 (en) * | 2018-11-21 | 2019-05-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "КОМИ научный центр Уральского отделения Российской академии наук" | Nanocrystal, nanocrystal cellulose hydrosol and method for production thereof |
| RU2705957C1 (en) * | 2019-06-15 | 2019-11-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "КОМИ научный центр Уральского отделения Российской академии наук" | METHOD OF PRODUCING NANOCRYSTALLINE CELLULOSE USING A Cu (II) CATALYST |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| da Costa Lopes et al. | Ionic liquids as a tool for lignocellulosic biomass fractionation | |
| Bozell et al. | Solvent fractionation of renewable woody feedstocks: Organosolv generation of biorefinery process streams for the production of biobased chemicals | |
| AU756976B2 (en) | Method for separating lignocellulose-containing biomass | |
| CA2821403C (en) | Treatment of lignocellulose biomass with an ionic liquid | |
| JP7671076B2 (en) | Modified alkyl sulfonic acids and uses thereof | |
| US20040244925A1 (en) | Method for producing pulp and lignin | |
| NO333709B1 (en) | Process for separating hemicelluloses from hemicellulose-containing biomass, the resulting hemicellulose and modified biomass. | |
| RU2203995C1 (en) | Method for producing microcrystalline cellulose | |
| CA2905239C (en) | Treatment of lignocellulosic biomass with ionic liquid | |
| JP6723943B2 (en) | Method for producing xylan-containing material | |
| Semerci et al. | Hornbeam pretreatment with protic ionic liquids: Cation, particle size, biomass loading and recycling effects | |
| WO2017032926A2 (en) | Process for converting biomass | |
| EP3959373A1 (en) | A method of fractionating a lignocellulosic material and products obtained by said method | |
| RU2495830C1 (en) | Method of extracting ions of heavy metals from aqueous solutions | |
| JP7531951B2 (en) | Method for producing cellulose carbamate | |
| CN103031762A (en) | Method for preparing material rich in cellulose in degradable ionic liquid solvent | |
| CN109046264B (en) | Quaternary ammonium salt modified beet pulp biological adsorbent and preparation and application thereof | |
| Bułkowska et al. | Pretreatment of lignocellulosic biomass | |
| RU2556115C1 (en) | Method of obtaining cellulose from brown algae | |
| RU2590882C1 (en) | Method of producing cellulose | |
| RU2773160C1 (en) | Method for producing cellulose | |
| Kuruppu Arachchige Dona | Recovery of caustic soda and side-products from the washing filtrates of the novel dissolving pulp process “StExCell”(Steam-Exploded Cellulose pulp) | |
| EA047379B1 (en) | METHOD FOR PRODUCING CELLULOSE CARBAMATE | |
| WO2025238610A1 (en) | Method for obtaining cellulose ether from cellulose | |
| Hamidah | Ionic liquid pretreatment of softwood and herbaceous materials for enhancing enzymatic saccharification |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060710 |