способ переработки коры березы

Формула изобретения

Способ переработки коры березы, включающий ее измельчение, экстракцию растворителем с последующим выделением смеси тритерпеноидов, отличающийся тем, что переработку коры проводят без предварительного разделения на бересту и луб, экстракцию тритерпеноидов проводят неполярным растворителем и выделенную смесь тритерпеноидов обрабатывают 20-25%-ной водной щелочью в течение 1,5-2,0 ч с получением бетулина, затем твердый остаток коры экстрагируют водно-спиртощелочной смесью с концентрацией гидроксида натрия 1,5%, концентрацией этанола 15-20% при температуре 75-80°С в течение 1,0-1,5 ч с получением дубильного экстракта, а остаток коры превращают в углеродные сорбенты карбонизацией в реакторе с кипящем слоем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической переработке древесины и может быть использовано на предприятиях деревообработки и целлюлозно-бумажной промышленности для переработки коры различных видов берез без предварительного разделения ее на бересту и луб.

Большинство известных способов выделения ценных веществ, в основном бетулина, из березовой коры основано на разделении ее на бересту и луб [RU 2074867 от 10.03.1997, RU 2131882 от 20.06.1999, RU 2138508 от 27.09.1999, RU 2172178 от 20.08.2001, RU 2192879 от 20.11.2002, RU 2206572 от 20.06.2003, RU 2234936 от 27.08.2004, RU 2264411 от 20.11.2005].

К недостаткам известных способов следует отнести необходимость операции предварительного разделения коры на бересту и луб, что достаточно трудоемко и энергозатратно. К тому же, перерабатывается всего до 20% от массы всей коры, так как на долю наружного слоя коры березы приходится 16-20%. Кроме того, имеются огромные ресурсы березовой коры, в которой отсутствует четкая граница между внешней и внутренней ее частями. Такую кору имеют стволы перестойных деревьев, а также комлевая часть достаточно молодых березовых деревьев.

Известен способ переработки бересты с получением биологически активных веществ: концентрата водорастворимых веществ с выходом 0,4-0,7%, концентрата бетулина с выходом 10,4-12,2% и концентрата тритерпеноидов с выходом 12,6-14,2% [RU 2283655 от 20.09.2006].

Недостатками способа является то, что перерабатывается только береста, а также низкий выход бетулина из бересты (известно, что береста содержит до 30-35% бетулина).

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату является способ переработки березовой коры, включающий последовательное измельчение коры в дробилке; разделение ее на бересту и луб; экстракцию бересты растворителем в виде азеотропной смеси тетрахлорэтилен - вода в течение 0,5-1,4 часа при температуре 89-115°С, давлении 0,1-1,0 МПа; отделение раствора от шрота при температуре 80-100°С; выдерживание фильтра в кристаллизаторе в течение 1-5 часов при температуре от -5°С до+25°С; отделение выпавших кристаллов от маточного раствора; промывание кристаллов дистиллированной водой или 20%-ным водным раствором этилового спирта с последующей сушкой полученного продукта - смеси трех-пятитритерпеновых соединений; упаривание маточного раствора до получения сухого остатка; промывание его дистиллированной водой с последующей сушкой полученного продукта - смеси пяти-семнадцатитритерпеновых соединений. Шрот далее перерабатывают в лигнин и березовый воск, а луб - в квас и кормовую добавку [RU 2305550, опубл. 10.09.2007].

Недостатком способа является необходимость предварительного разделения коры на бересту и луб, что является достаточно трудоемким процессом. Весь процесс переработки бересты и луба предусматривает большое количество дополнительных операций и продолжителен во времени. При переработке бересты смесь тритерпеновых соединений, основным из которых является бетулин, получают в два этапа и с низким выходом. Кроме того, к недостаткам способа следует отнести недостаточный ассортимент получаемых лесохимических продуктов.

Задачей изобретения является полная утилизация березовой коры без предварительного ее разделения на бересту и луб с расширением ассортимента получаемых лесохимических продуктов.

Поставленная задача решается предлагаемым способом переработки коры березы, включающим ее измельчение без предварительного разделения на бересту и луб, экстракцию неполярным растворителем с выделением смеси тритерпеноидов, которую обрабатывают 20-25%-ной водной щелочью в течение 1,5-2,0 ч с получением бетулина. Твердый остаток коры экстрагируют водно-спиртощелочной смесью с концентрацией гидроксида натрия 1,5%, концентрацией этанола 15-20% при температуре 75-80°С в течение 1,0-1,5 часов с получением дубильного экстракта, а остаток коры перерабатывают в углеродные сорбенты.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что, во-первых, предлагается перерабатывать кору березы без предварительного ее разделения на бересту и луб; во-вторых, в отличие от прототипа выделение тритерпеноидов (бетулина) проводится в один этап экстракцией неполярным растворителем (гексаном, бензином БР-1, толуолом, петролейным эфиром, диэтиловым эфиром, возможно также использование галогенпроизводных углеводородов) в аппарате Сокслета, что значительно упрощает процесс выделения и позволяет достичь высокой степени извлечения бетулина; в-третьих, расширен ассортимент выпускаемых продуктов, а именно выделен дубильный экстракт и получены углеродные сорбенты.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена схема процесса комплексной безотходной переработки коры березы.

Способ осуществляют следующим образом.

Кору измельчают до частиц размером 1-3 мм и подвергают экстракции неполярным растворителем (гексаном, бензином БР-1, толуолом, петролейным эфиром, диэтиловым эфиром), а также галогенпроизводными углеводородов для выделения тритерпеновых соединений в аппарате Сокслета. Выход и степень извлечения тритерпеноидов и бетулина при экстракции различными неполярными растворителями приведены в таблице. Далее, с целью выделения бетулина тритерпеноиды кипятят в 20% водном растворе щелочи в течение 1,5-2,0 часов и выделяют бетулин с выходом 9,5% от веса абсолютно сухой коры, температура плавления полученного бетулина после перекристаллизации из этилового или изопропилового спирта составляет 256-258°С.

Выход и степень извлечения тритерпеноидов и бетулина при экстракции коры березы неполярными растворителями

Таблица
№ п/п	Растворители	Продолжительность экстракции, ч	Выход тритерпеноидов, % от а.с.коры	Коэффициент извлечения тритерпеноидов, %	Выход бетулина, % от а.с.коры
1	Гексан	8	10,5	94,6	9,4
2	Бензин БР-1	8	10,6	95,5	9,4
3	Петролейный эфир	8	10,4	93,7	9,3
4	Толуол	8	10,7	96,7	9,5
5	Диэтиловый эфир	8	10,9	98,2	9,5

Как видно из таблицы, максимальный выход (10,9%) и степень извлечения (98,2%) тритерпеноидов достигается при экстракции коры березы диэтиловым эфиром.

Далее, остаток коры в течение 1,0-1,5 часов экстрагируют водно-спиртощелочной смесью с концентрацией гидроксида натрия 1,5%, концентрацией этанола 15-20% при температуре 75-80°С и получают дубильный экстракт с выходом 30-32%.

Остаток коры после получения дубильного экстракта подвергают термообработке с получением углеродного сорбента. Для этого остаток коры загружают в реактор кипящего слоя, в котором при температуре 600-800°С в течение 25-35 мин происходит его карбонизация [RU 1440875 от 30.11.1988].

Способ переработки коры березы подтверждается конкретным примером.

Пример. В аппарат Сокслета загружают 100 г измельченной (1-3 мм) березовой коры влажностью до 5%, которая содержит 11,0% тритерпеноидов, и экстрагируют гексаном в течение 8 часов. После отгонки гексана получают 10,5 г порошка белого или светло-желтого цвета, коэффициент извлечения составил 94,6%. Затем гексановый экстракт 10,5 г загружают в колбу, снабженную обратным холодильником, заливают 100 мл 20%-ного водного раствора гидроксида натрия и кипятят в течение 1,5-2,0 часов, реакционную массу охлаждают, белый осадок отфильтровывают, промывают на фильтре водой до нейтральных промывных вод. Выход бетулина составил 9,4%, Т_пл=256-258°С после перекристаллизации из этилового или изопропилового спирта.

Для получения дубильного экстракта в круглодонную колбу объемом 1 л, снабженную обратным холодильником, загружают 50 г коры березы, после экстракции гексаном заливают 500 мл водно-спиртощелочного раствора, содержащего 1,5% гидроксида натрия и 20% этилового спирта, и кипятят в течение 1 ч. Экстракт от коры отделяют фильтрованием. Выход экстрактивных веществ составил 31,5% от массы абсолютно сухой коры, в том числе на долю таннидов приходится 41,5% от сухих веществ экстракта. Количественное определение дубильных веществ выполняют по стандартной методике с помощью гольевого порошка.

Остаток коры после удаления экстрактивных веществ карбонизуют с получением углеродного сорбента. Для этого остаток коры загружают в реактор кипящего слоя и при температуре 600-800°С проводят его карбонизацию в течение 25-35 мин. Выход углеродного сорбента составил 12-14%. Полученный сорбент имеет следующие характеристики: объем пор по воде 1,9-2,0 см ³/г, активность по йоду 75-80%, активность по метиленовому голубому 120-125 мг/л.

При переработке 1 т коры березы по предлагаемому способу получают

1) бетулин до 95 кг,

2) дубильный экстракт до 300 кг с доброкачественностью 40-41%,

3) углеродный сорбент 120-140 кг.

Техническим результатом изобретения является переработка коры березы в бетулин, дубильный экстракт и углеродные сорбенты без предварительного разделения ее на бересту и луб. Таким образом, предлагаемый способ позволяет полностью утилизировать многотоннажные отходы березовой коры.