165132. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szennyvízek tisztítására
165132 5 6 Ha a lignocellulóz-alapú anyagokat szulfonáljuk, az anyag szulfonsavtartalma kezdetben növekszik, majd fokozatosan csökken annak következtében, hogy a szulfonált lignin kioldódik a szulfonáló oldatba. így az anyag egy bizonyos kezelési idő után maximális 5 szulfonsavtartalmat, és ezzel együtt maximális ioncserélő kapacitást ér el. A lignin szulfonálását pl. úgy végezhetjük, hogy a fát szulfittal kezeljük. Ez a művelet a találmány szerint felhasználható ioncserélő anyag legegyszerűbb 10 és legkevésbé költséges előállítási módja, ezért előnyösen ezt az eljárásmódot alkalmazzuk. Jól ismert, hogy a lignocellulóz-alapú anyag szulfitos feltárásának legfontosabb reakciója az, hogy a lignin a feltáró folyadékban jelenlevő biszulfit-ionok hatására szulfo- 15 nálódik. Ebben a kémiai folyamatban a rostok fellazulása közben a lignin kioldódik a faanyagból. A szulfonálás következtében a lignin a feltáró oldatban oldhatóvá válik, ez az állapot azonban a találmány szerinti célra alkalmas szulfonálási fok elérésekor még 20 nem következik be. A szulfitos feltárás végrehajtására igen sokféle módszer ismert. A találmányt nem korlátozzuk egy speciális eljárás alkalmazására. A különféle szulfitos feltárási módszerek között az alapvető különbséget a 25 feltáró oldat pH-értéke jelenti, ennek megfelelően savas szulfitálást (pH kb. 2), biszulfit-eljárást (pH kb. 4) és semleges szulfitálást (pH kb. 7) különböztethetünk meg. A kapott anyag ioncserélő kapacitása nemcsak a szulfonsav-csoportok jelenlétének tulajdo- 30 nítható, ugyanis az ioncserélő kapacitás egy részét (valószínűleg kb. 0,05 mekv/g értékét) a karboxilcsoportok jelenléte biztosítja. A karboxilcsoportok főként a hemicellulózhoz kapcsolódnak. A szulfitos feltárással elérhető maximális ioncserélő kapacitás kb. 35 0,40 mekv/g. Ez a szintetikus ioncserélő gyanták ioncserélő kapacitásával - amely általában néhány mekv/g - összehasonlítva meglehetősen kis érték. A szulfit-pépet ezért a gyakorlatban eddig még nem használták fel ioncserélő anyagként. 40 A szulfonált lignocellulóz-alapú ioncserélő anyagok ioncserélő sajátságait különböző kísérletekben a karboximetil-cellulóz sajátságaival hasonlítottuk össze. Az eredményeket a példákban ismertetjük. A találmány szerinti eljárás illusztrálására az alábbi 45 példákat adjuk meg. 1. példa A találmány szerint felhasználható lignocellulózalapú anyagot úgy állítjuk elő, hogy fenyőfát kb. 4-es 50 pH-jú nátriumbiszulfit-oldattal kezelünk. A kapott rostos faanyagot elkülönítjük a feltáró berendezésből. Az elkülönített feltárt faanyag klórszáma 23, a fára vonatkoztatott hozam 70%. A feltárt faanyagot finomítjuk, mossuk, levegőn szárítjuk és malomban 55 viszonylag finom porrá őröljük. A kapott anyag ioncserélő kapacitása 0,27 mekv/g. Összehasonlító anyagként kereskedelemben kapható karboximetil-cellulózt (Whatman CM 11) használunk, amelynek szubsztituciós foka 0,10. Az utóbbi 60 anyag ioncserélő kapacitása 0,50 mekv/g. A termék fehér por. Hagyományos laboratóriumi ioncserélő oszlopokba 7—7 g, a fentiekben ismertetett anyagot töltünk. Az ioncserélő oszlop belső átmérője 1,8 cm. Az 65 ioncserélő oszlopot szokásos módon töltjük meg, azaz az anyagot vízben szuszpendáljuk, és a szuszpenziót fokozatosan töltjük az ioncserélő oszlopba úgy, hogy az oszlopban az ioncserélő anyagból homogén ágy képződjön. A kétféle típusú ioncserélőből kialakított oszlopot ezután hidrogénnél telítjük úgy, hogy az ioncserélő anyagon 0,1 n sósavoldatot, majd ionmentes vizet vezetünk át addig, amíg a szűrlet klorid-ionokat már hem tartalmaz. Amíg ezt az állapotot el nem értük, nagymolekulasúlyú szerves anyagot nem viszünk fel az oszlopra. Az első kísérletben vizsgálati anyagként savót (satjgyártáskor kapott mellékterméket) használunk fel. A savóminta fehérjetartalma 0,7% (ezt az értéket úgy számítjuk ki, hogy meghatározzuk a minta nitrogéntartalmát, és a kapott értéket 6,25-tel szorozzuk). A savó pH-értéke 5,2. Az egyes oszlopokon olyan mennyiségű savót bocsátunk át, hogy az éffluens fehérjetartalma minőségi elemzéssel kimutatható legyen. Mindkét esetben azt tapasztaljuk, hogy az ioncserélő oszlop szabad térfogatának többszörösét kitevő mennyiségű savó átbocsátása után sem jelenik meg fehérje az effluensben. Ez arra utal, hogy a fehérjét az ioncserélő anyag abszorbeálja. Az ioncserélő anyagon abszorbeált fehérje mennyiségének meghatározása céljából az oszlopokat vízzel mossuk, ezután az ioncserélő anyagot elkülönítjük, szárítjuk, és meghatározzuk az anyag nitrogéntartalmát. Amint már korábban közöltük, a kapott értéket 6,25-tel szorozva számítjuk ki a minta fehérjetartalmát. Az eredményeket az 1. táblázatban ismertetjük. 1. táblázat Ioncserélő anyag Találmány szerint Whatman CM 11 Ioncserélő kapacitás mekv/g 0,27 Ágy térfogata, cm3 /g 9,7 (1. táblázat folytatása) 0,50 9,2 Ioncserélő anyag Találmány Whatman CM 11 szerint Átáramlási sebesség, ml/perc Nitrogéntartalom(D% Fehérjetartalom, % 11,9 0,73 4,6 4,7 0,26 1,6 (1)A kapott értékből levontuk a tiszta (ioncserés folyamatban fel nem használt) ioncserélő nitrogéntartalmát. Ez az érték a találmány szerinti anyag esetén 0,04%, Whatman CM 11 ioncserélő esetén 0,02%. A táblázat adataiból látható, hogy a találmány szerinti ioncserélő anyag nemcsak nagyobb átáramlási 3
