Введение к работе
Актуальность темы. Гидролизный лигнин (ПО является крупнотоннажным отходом гидролизно-дрожжевых предприятий химико-лесного комплекса. При ежегодной выработке более 1,5 млн. тонн, запасы его в отвалах только в Республике Коми, Екатеринбургской и Пергской областях России достигают в настоящее время более 9 млн.тонн. Организация полигонов для хранения промышленных видов лигнина ШЕЛ) и транспортировка ГЛ на'них требует значительных материальных затрат. Последствия накопления таких отходов непредсказуемы. Подсушиваясь в поверхностных слоях, лигнин из-за своей дисперсности подвержен ветровой эрозии, загрязняя воздупный бассейн и обпирные участки зеиной поверхности. Подкисленная влага лигнина просачивается в грунтовые воды, нанося ущерб окружающим рекам, водоемам, почвам. Отвалы лигнина вблизи густо населенных районов создаст катастрофическую экологкческус обстановку.
Наибольиие трудности при химической модификации ГЛ связаны с наличием в нем устойчивых конденсированных структур, что обуславливает плохуп его растворимость во всех известных растворителях. Химические и структурные изменения ПаЛ (отходов сульфатного я гидролизного производств, лигносульфонатов) наряду с другим* методами достигаются и деструкцией их при обработке азотной кислотой. Это позволяет в процессе нитрования к окисления структурных фрагментов получить ряд ценных продуктов - нитролигнин, сунил, кгетан, лигио-стимулкруюцие, органо-ыинеральные удобрения (ЛСУ, ЛОМУС и др.).
К настоящему времени пока :<ало изучены нитрующие окислительные системы, содержащие смеси некоторых нитратов н ортофосфорной кислоты, нитрат-нитритные смеси в присутствии фосфорной кислоты или фосфатов щелочных, целочно-земельных элементов или аммония. При химических превращениях полимерных структур лигнина в кислотно-солевых окислительные системах еозиожно получение комплексній op-гано-минеральных удобрений (КОМу), содержащих органическое вещество, азот, фосфор, калий и др. питательные элементы в усвояемых растениями формах.
Выше изложенное обосновывает актуальность исследований по изучению научных основ технологии получения биологически активных препаратов (например, КОЫу) модифицированием крупнотоннажного отхода ГЛ в системах ортофосфорной кислотная нитратов.
-4-. Целью данного исследования является разработка основ технологии получения комплексных органо-минеральных удобрений из гидролизного лигнина обработкой его в", кислотно-солевых системах с ортофосфорной кислотой. Для достижения поставленной дели необходимо решение следующих задач: - изучение механизма реакции модифицирования (нитрования и окисления) ГЛ и его модельных соединений в системах нитрат-фосфорная кислота (KNOg-HgPC^-HgO; NH^NOg-HgPO^-HgO и др.); - создание технологического процесса получения КОМу; - научные обоснования технологических параметров и режимов, технологической схемы производства КОМ-удобрений из ГЛ; - определение эффективности различных направлений переработки ГЛ и применения КОМу.
Методы исследования. Эксперименты осуществлялись на созданных лабораторных, стендовых и опытно-экспериментальных, установках. Применялись следующие методы анализа состава сырья и образующихся в процессе переработки твердых,.жидких и газообразных продуктов: спектроскопия (У*-, ИК-, ЭПР- и др.), калориметрия,'рентгенофазный, ДТА, ТГ методы исследования, электронная микроскопия, хроматография (тон-кослойкая'і гель-газо-жидкостная и др.), элемент; ный и функциональный анализы и др.
Научная новизна. Раскрыт механизм, уточнены представления о. химических превращениях при взаимодействии некоторых ходельных соединений и препаратов лигнина в системах ортофосфорной кислоты и нитратов. Это позволило научно обосновать технологию модифицирования ГЛ в указанных системах с получением конечного продукта - КОМу.
Практическую значимость работы определяет: создание нового технологического процесса модифицирования ГЛ в системах ортофосфорной кислоты и нитратов с получением КОЫу; комплексность (полнота) выполненных исследований, включающих разработку технологии получения КОЫУ, наработку опытных партий и анализ эколого-биологических испытаний и экспертиз нового удобрения; технико-экономическая оценка эффективности различных вариантов использования ГЛ и применения КОЫу. На основании всесторонних биологических и технологических испытаний, токсиколого-гигиенической, санитарно-хкнической и пр. экспертиз конечного продукта химических превращений ГЛ в исследованных системах показано, что продукт модифицирования ГЛ новыми способами является комплексным органо-ыинеральныы удобрением. Отрицательных показаний применения разработанной^технологии и использования КОМ-удобрений в ходе названных испытаний и экспертиз не выявлено.
Разработанный технологический процесс получения КОМу из ГЛ имеет такие преимущества по сравнению с известными прототипами, как сокращение числа стадий процесса, его продолжительности и возможности организации непрерывного производства, снижение энергозатрат, материалоемкости и общей стоимости технологического оборудования, улучшение качества конечного продукта KOJiy. Новое комплексное орга-номинеральное удобрение (по результатам эколого-биологических испытаний в опытных и производственных посевах) содержит действующие питательные вещества в более активной форме, чем в применяемых в настоящее время минеральных удобрениях. Это позволяет повысить урожайность ряда испытанных сельхозкультур (сы. табл. 4.2.1)".
Личное участие автора заключается в выборе цели, формировании направления исследования, постановке задач при решении основных конкретных вопросов химической модификации ГЛ и индивндуачьных органических соединений в фосфорно-азотнокислых средах, обобщении полученных результатов. Физико-хииические исследования свойств рассматриваемых систем проводились автором совместно с сотрудниками СГУ, лабораторий и отделов институтов геологии и биологии, отдела химии Коми НЦ УрО РАН. При личном участии диссертанта проведены экспери-метально-производственные испытания технологии получения КОМу по технологической документации, составленной автором.
Аггообацня работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзном симпозиуме "Экологическая токсикология лигнинных веществ" (г. Бай-кальск, 1989); на Всесоюзном семинаре "Проблемы окислительно-восстановительных превращений компонентов древесины" (г. Архангельск, 1990); на Международной .конференции "Проблемы окислительно-восстановительных превращений компонентов древесины" (г. Архангельск, 1992).
Публикация работы. По материалам диссертации опубликовано 7 статей, один препринт, 2 тезисов докладов на Всесоюзном семинаре, 2 тезисов докладов ка Международной конференции, получено авторское свидетельство, патент.
Структура и объем работы. Содержание работы изложено на 140 страницах машинописного текста, включая 21 таблицу и 32 рисунка. Диссертация состоит из введения, 4 глав, списка цитируемой литературы и приложения. Библиография включает 183 наименования отечественной и зарубежной литературы.
На зашиту выносятся: - оценка механизма нитрационно-окислитель-ной деструкции ГЛ при обработке нитрующими системами (нитрат - ортофосфорная кислота); - разработка технологических параметров химической модификации ГЛ в солевых системах с ортофосфорной кислотой и нейтрализации промежуточных продуктов карбонатами (аммония или калия); - обоснование конструктивных решений технологии нового способа и технологической схемы получения КОМу из ГЛ, методика расчета технологического оборудования процесса; - результаты оценки различных вариантов испрльзования-ГЛ.и эффективности применения КОМ-, удобрений.