RU2620797C1 - Способ получения микрокристаллической целлюлозы - Google Patents
Способ получения микрокристаллической целлюлозы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620797C1 RU2620797C1 RU2016117432A RU2016117432A RU2620797C1 RU 2620797 C1 RU2620797 C1 RU 2620797C1 RU 2016117432 A RU2016117432 A RU 2016117432A RU 2016117432 A RU2016117432 A RU 2016117432A RU 2620797 C1 RU2620797 C1 RU 2620797C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cellulose
- microcrystalline cellulose
- mcc
- solution
- methanesulfonic acid
- Prior art date
Links
- 229920000168 Microcrystalline cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 30
- 235000019813 microcrystalline cellulose Nutrition 0.000 title claims abstract description 30
- 239000008108 microcrystalline cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 229940016286 microcrystalline cellulose Drugs 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 20
- AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N Methanesulfonic acid Chemical compound CS(O)(=O)=O AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 claims abstract description 18
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 18
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 229940098779 methanesulfonic acid Drugs 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 229920000875 Dissolving pulp Polymers 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- OSVXSBDYLRYLIG-UHFFFAOYSA-N dioxidochlorine(.) Chemical compound O=Cl=O OSVXSBDYLRYLIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000004155 Chlorine dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 235000019398 chlorine dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000973 cosmetic coloring agent Substances 0.000 description 1
- 239000008278 cosmetic cream Substances 0.000 description 1
- 239000008271 cosmetic emulsion Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 239000003348 petrochemical agent Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B1/00—Preparatory treatment of cellulose for making derivatives thereof, e.g. pre-treatment, pre-soaking, activation
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
- D21C9/001—Modification of pulp properties
- D21C9/002—Modification of pulp properties by chemical means; preparation of dewatered pulp, e.g. in sheet or bulk form, containing special additives
- D21C9/004—Modification of pulp properties by chemical means; preparation of dewatered pulp, e.g. in sheet or bulk form, containing special additives inorganic compounds
Landscapes
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения микрокристаллической целлюлозы, применяемой в качестве матрицы или наполнителя для получения нанокомпозитов, нанопорошков, мембран, катализаторов, синтетических полимеров, цеолитов, химических сорбентов, лекарственных препаратов, косметических кремов, эмульсий и красителей, широко используемых в нефтехимической, фармацевтической, пищевой и текстильной и в других отраслях промышленности. Способ получения микрокристаллической целлюлозы включает растворение 0,01-0,1 г/мл целлюлозы в 5,0-10,0 М водном растворе метансульфокислоты с последующей электрохимической очисткой при плотностях анодного тока 0,005-0,01 А/см2, фильтрованием, высушиванием и измельчением конечного продукта - микрокристаллической целлюлозы. Технический результат заключается в проведении процесса кислотного гидролиза целлюлозы в растворе метансульфокислоты с последующей электрохимической очисткой полученного материала, при этом используемые методы - экологически безопасны, а реактивы - биоразлагаемы; за счет использования метода электрохимической обработки растворенной целлюлозы сокращается число стадий требуемых для очистки микрокристаллической целлюлозы; для проведении процессов не требуется сложного технического оборудования. 5 ил., 4 пр.
Description
Изобретение относится к технологии получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), применяемой в качестве матрицы или наполнителя для получения нанокомпозитов, нанопорошков, мембран, катализаторов, синтетических полимеров, цеолитов, химических сорбентов, лекарственных препаратов, косметических кремов, эмульсий и красителей, широко используемых в нефтехимической, фармацевтической, пищевой и текстильной и в других отраслях промышленности.
Известен способ получения МКЦ [патент РФ №2147057, кл. С08В 15/02, D21C 1/04, от 27.03.2000. / Карманов А.П., Кочева Л.С., Киселева А.А.], включающий гидролиз предварительно измельченной до порошкообразного состояния воздушно-сухой овсяной соломы в растворе серной и пероксомоносерной кислот. МКЦ обладает следующими показателями: степень полимеризации (СП) 87-210; лигнин Комарова 20,3-26,09%.
Недостатком данного способа является использование агрессивных растворов серной и пероксомоносерной кислот, высокое содержание лигнина Комарова в полученной МКЦ, что не всегда является желательным показателем.
Известен способ получения МКЦ [патент РФ №2298562 С1, кл. С08В 15/02, D21C 1/04, от 10.05.2007. / Казакова Е.Г., Демин В.А.], включающий гидролиз исходного целлюлозного материала белизной до 65% в растворе серной кислоты концентрацией 5-10% при атмосферном давлении и температуре 100-105°С в течение 0,5-3 часов с последующей отбелкой полученного материала до полного поглощения диоксидом хлора (0,5-3,0% масс.) в течение 1-3 часов при температуре 70°С.
Недостатками данного способа являются применение высокотоксичных реагентов и высоких температур.
Известен также способ получения МКЦ [патент РФ №2343160 С2, кл. С08В 15/00, С08В 16/00, от 10.01.2009. / Копески Роберт (US), Цай Альберт Дж. (US), Русзкай Томас A. (US)], включающий обработку исходного целлюлозного материала реакционной смесью пероксида водорода при повышенной температуре и давлении (137,9-10342,1 кПа) и рН 2-8 в процессе экструзии для деполимеризации целлюлозного материала до средней степени деполимеризации не более 400.
Недостатками этого способа являются применение специального экструзионного оборудования, высоких температур и давления.
Наиболее близким по сущности является способ получения МКЦ [евразийский патент ЕАПО №016516 В1, кл. С07Н 3/06, С07Н 1/00, от 30.05.2012. / Чэнь Пэйхао (CN)] путем кислотного гидролиза целлюлозного материала с использованием концентрированных растворов серной кислоты.
Недостатками этого способа являются многостадийность процесса, использование агрессивных концентрированных растворов серной кислоты и значительные затраты на ее регенерацию.
В связи с этим задачей данного изобретения является разработка нового эффективного способа получения микрокристаллической целлюлозы из различных сырьевых материалов растительного происхождения, обладающей совокупностью значимых характеристик.
Технический результат заключается в проведении процесса кислотного гидролиза целлюлозы в растворе метансульфокислоты с последующей электрохимической очисткой полученного материала.
Сущность предлагаемого способа получения микрокристаллической целлюлозы путем использования раствора серной кислоты состоит в том, что вначале проводят растворение 0,01-0,1 г/мл целлюлозы в 5,0-10,0 М водных растворах метансульфокислоты, а затем электрохимическую очистку полученного раствора на графитовом электроде при плотностях анодного тока 0,005-0,01 А/см2 с последующим фильтрованием, высушиванием и измельчением конечного продукта - микрокристаллической целлюлозы.
Примеры осуществления способа получения микрокристаллической целлюлозы
Пример 1
В химической колбе растворяют 10 г целлюлозы в 100 мл 10 М водного раствора метансульфокислоты. В качестве целлюлозы использовали беззольные фильтры (фиг. 1). Процесс растворения целлюлозы проводили при комнатной температуре (Т=25°С) и атмосферном давлении, путем перемешивания с помощью магнитной мешалки в течение 5-10 минут. Цвет раствора практически не изменяется. Полученный раствор в виде геля, содержащий 0,1 г/мл целлюлозы и 10 М раствора метансульфокислоты, подвергают электрохимической очистке.
Электрохимическую очистку проводили в течение 6 часов на графитовом электроде (S=8 см2) при плотности тока 0,005 А/см2 в анодном отделении диафрагменного электролизера с катионитовой мембраной марки МКФ. Католитом служил 0,2 М раствор метансульфокислоты, а катодом - графит.
По окончании очистки анолит, содержащий раствор-гель очищенной целлюлозы, отделяют на керамическом фильтре от фонового электролита трехкратным промыванием дистиллированной водой, а затем высушивают при температуре 70-80°С. Размер частиц полученной МКЦ составляет 1-10 мкм (фиг. 2). Средняя степень полимеризации (СПср) равна 54.
Пример 2
В химической колбе растворяют 5 г целлюлозы в 100 мл 10М водного раствора метансульфокислоты. Растворение целлюлозы, ее электрохимическую обработку и выделение из раствора, содержащего очищенную МКЦ, проводят аналогично примеру 1 при плотности анодного тока 0,05 А/см2. Размер частиц полученной МКЦ составляет 5-10 мкм (фиг. 3). Средняя степень полимеризации (СПср) равна 115.
Пример 3
В химической колбе растворяют 1 г целлюлозы в 100 мл 5 М водного раствора МСК. Растворение, электрохимическую обработку и выделение из раствора, содержащего очищенную МКЦ, проводят аналогично примеру 1. Размер частиц полученной МКЦ составляет 8-10 мкм (фиг. 4). Средняя степень полимеризации (СПср) равна 154.
Пример 4
В химической колбе растворяют 1 г целлюлозы в 100 мл 5 М водного раствора МСК. Растворение целлюлозы и выделение из раствора, содержащего очищенную МКЦ, проводят аналогично примеру 1.
Электрохимическую обработку проводили в течение 3 часов на графитовом электроде (S=8 см2) при плотности тока 0,01 А/см2 в бездиафрагменном электролизере. Катодом служил также графитовый электрод. Размер частиц полученной МКЦ составляет 2-10 мкм (фиг. 5). Средняя степень полимеризации (СПср) равна 185.
Анализ полученной МКЦ также проводили методом сканирующей электронной микроскопии. Для съемки порошковые образцы МКЦ были закреплены на держателях образцов при помощи двухстороннего проводящего углеродного скотча. Затем на поверхность исследуемых образцов методом магнетронного распыления был нанесен тонкий 10-нм слой сплава платины-палладия для создания условий стока заряда с исследуемой непроводящей поверхности. Микрофотографии (фиг. 1-5) были получены при ускоряющем напряжении 10 кВ в режиме регистрации вторичных электронов при увеличении от 200 до 30000 в нескольких точках для каждого из образцов с использованием растрового электронного микроскопа SEM Leo-1450.
Предложенный способ получения МКЦ путем растворения целлюлозы в 10 М растворе метансульфокислоты с последующей электрохимической обработкой на графитовом электроде по сравнению с известным химическим способом растворения целлюлозы в серной кислоте обладает рядом преимуществ:
1. Кислотный гидролиз целлюлозы в растворе метансульфокислоты идет без изменения цвета по сравнению с серной кислотой.
2. Получение МКЦ в предложенном способе не требует проведения специальных мер предосторожностей, предусматривающих исключение испарения исходного вещества и загрязнения окружающей среды, т.к. используемые методы - экологически безопасны, а реактивы - биоразлагаемы.
3. За счет использования метода электрохимической обработки растворенной целлюлозы сокращается число стадий, требуемых для очистки МКЦ.
4. Для проведении процессов не требуется сложного технического оборудования.
Claims (1)
- Способ получения микрокристаллической целлюлозы, включающий растворение 0,01-0,1 г/мл целлюлозы в 5,0-10,0 М водном растворе метансульфокислоты с последующей электрохимической очисткой при плотностях анодного тока 0,005-0,01 А/см2, фильтрованием, высушиванием и измельчением конечного продукта - микрокристаллической целлюлозы.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016117432A RU2620797C1 (ru) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016117432A RU2620797C1 (ru) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2620797C1 true RU2620797C1 (ru) | 2017-05-29 |
Family
ID=59032041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016117432A RU2620797C1 (ru) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2620797C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2705957C1 (ru) * | 2019-06-15 | 2019-11-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "КОМИ научный центр Уральского отделения Российской академии наук" | Способ получения нанокристаллической целлюлозы с использованием Cu(II) катализатора |
| RU2797202C1 (ru) * | 2022-12-13 | 2023-05-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва" (СибГУ им. М.Ф. Решетнёва) | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2147057C1 (ru) * | 1999-08-04 | 2000-03-27 | Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
| US7005514B2 (en) * | 2002-10-16 | 2006-02-28 | International Paper Company | Process for preparing microcrystalline cellulose |
| RU2298562C1 (ru) * | 2005-12-19 | 2007-05-10 | Государственное учреждение Институт химии Коми научного центра Уральского отделения Российской Академии наук | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
| RU2343160C2 (ru) * | 2002-07-26 | 2009-01-10 | Фмк Корпорейшн | Получение микрокристаллической целлюлозы |
| EA016516B1 (ru) * | 2007-09-18 | 2012-05-30 | Пэйхао Чэнь | Получение основного гидролизата гидролизом растительных целлюлозных материалов концентрированной серной кислотой |
-
2016
- 2016-05-04 RU RU2016117432A patent/RU2620797C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2147057C1 (ru) * | 1999-08-04 | 2000-03-27 | Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
| RU2343160C2 (ru) * | 2002-07-26 | 2009-01-10 | Фмк Корпорейшн | Получение микрокристаллической целлюлозы |
| US7005514B2 (en) * | 2002-10-16 | 2006-02-28 | International Paper Company | Process for preparing microcrystalline cellulose |
| RU2298562C1 (ru) * | 2005-12-19 | 2007-05-10 | Государственное учреждение Институт химии Коми научного центра Уральского отделения Российской Академии наук | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
| EA016516B1 (ru) * | 2007-09-18 | 2012-05-30 | Пэйхао Чэнь | Получение основного гидролизата гидролизом растительных целлюлозных материалов концентрированной серной кислотой |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2705957C1 (ru) * | 2019-06-15 | 2019-11-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "КОМИ научный центр Уральского отделения Российской академии наук" | Способ получения нанокристаллической целлюлозы с использованием Cu(II) катализатора |
| RU2797202C1 (ru) * | 2022-12-13 | 2023-05-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва" (СибГУ им. М.Ф. Решетнёва) | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Venkatesan et al. | Effect of cation transport of SPEEK–Rutile TiO2 electrolyte on microbial fuel cell performance | |
| US20100307974A1 (en) | Preparation and use of novel polyanilines for water treatment | |
| GB963932A (en) | The process and apparatus for electrodialyzing solutions | |
| JP2003518198A (ja) | 還元性染料の電気化学的還元 | |
| US4549947A (en) | Method and apparatus for dehydration of water-containing substance by electro-osmosis | |
| Biswas et al. | Blue light emitting self-healable graphene quantum dot embedded hydrogels | |
| CN102747381A (zh) | 褐煤电化学氧化制取腐植酸的方法 | |
| Wang et al. | Low electric field assisted surface conductive membrane in AnMBR: Strengthening effect and fouling behavior | |
| RU2620797C1 (ru) | Способ получения микрокристаллической целлюлозы | |
| JP2011001596A (ja) | 金属回収方法および金属回収装置 | |
| CN102352543B (zh) | 改性海藻酸钠-羧甲基纤维素钠为中间界面层的双极膜制备方法 | |
| KR102568583B1 (ko) | 리그닌을 포함하는 슬러리에 전기장을 가하여 리그닌을 정제하는 방법 | |
| CN110862633A (zh) | 一种制备凝胶薄膜的方法 | |
| CN114988534B (zh) | 一种甲酚类废水处理方法及其使用的复合催化电极 | |
| DE2845943A1 (de) | Verfahren zur alkalichlorid-elektrolyse | |
| CN113463117B (zh) | 一种电催化甲醛制1，2-丙二醇的方法 | |
| US5589053A (en) | Electrolysis process for removal of caustic in hemicellulose caustic | |
| RU2083722C1 (ru) | Способ получения оксида алюминия | |
| RU2075545C1 (ru) | Способ изготовления диафрагмы из полиамидного материала | |
| DE10315186A1 (de) | Verfahren zur anodischen Alkoxylierung von organischen Verbindungen | |
| US1590592A (en) | Conversion of cellular or fibrous material | |
| CN1240876C (zh) | 从碳酸锂制备氢氧化锂的电解方法 | |
| SU694488A1 (ru) | Способ получени ванилина | |
| EP2326749A2 (en) | Methods for the electrolytic production of xylo-pent-1,5-diose | |
| WO1997016380A9 (en) | Removal of caustic in hemicellulose caustic |