Способ получения лигнинового субстрата для выращивания растений

СО(03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (I9) (j1) (5()5 А 01 6 9/10, С 05 F 11/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 питательных субстратах. Сущность изобретения". гидролизный лигнин обрабатывают последовательно гидроокисью кальция в вйде известкового молока до рН 3.0-4,4, а затем гидроокисью аммония доводят рН до

6,0-7,5; после чего вводят элементы пйтания растений. При этом фосфор вносят в виде гранулированного суперфосфата, а микроэлементы — в вйде хелатов в 2-3-кратных дозах по отношению к общепринятым кормам, 1 з.п, ф-лы.

1 (21) 4860874/13

- (22) 02.07.90 (46) 15;10.92,.Бюл, М 38 (75) 3.Г.Олейник (56) Авторское свидетельство СССР

N 1411323, кл, С 05 F 11/02, 1987. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГНИНОВОГО

СУБСТРАТА ДЛЯ В Ы РАЩИВАНЙЯ РАСТЕ. НИЙ (57) Использование: сельское хозяйство, для выращивания растений на йскусственйых

°

МЭ . Изобретение относится к сельскому хо- катализатора при" высокотемпературном зяйству, а более конкретна к растение- гидролизе растительного сырья. Многотонводству, и может быть использовано для — нажныеотходы гидролизного йроизводства выращивания растений в открытом и закры- . утилизируются в основном в отвалах и являтом грунтах, в домашних условиях, для при- ются мощными загрязнителями внешней готовления грунтовых смесей; а также для . среды серной кислотой. выращивания зеленой массы на фермах и(: В сельском хозяйстве существует использованием промышленных установок проблема дефицита органических удоб(цехов). . рений. В связи с этим йспользование в 4 .

Лигнин.— органическое полимернбе со- качестве удобрения гидролизного лигни- { „ с единение, содержащееся в оболочках кле- на после нейтрализации его токсических QQ ток сосудистых растений и вызывающее их свойств приобретает актуальйое значение ( одревеснение. :: .. : как с экономичеСкой, так и с экологической

Лигйин повсеместно распространен во " точки зрения. внешней среде в виде продукта естествен- В интенсивном растениеводстве во .ного разложения растительности, особенно . всем мире широко используют преимущестдревесины. ва способов выращивания растений без поШирокое распространение также пол- чвы на искусственных питательных средах, учил гидролизный лигнин. который является получивших общее название гидропоника. высокомолекулярным биологически актив- Одной йх разновйдностей гидропоники ным органическим веществом с токсичными является хемопоника, при которой в качестдля живых организмов свойствами, обус- ве корнеобитаемых субстратов применяют ловленными остаточными количествами торф верховой, древесную кору. опилки и серной кислоты, используемой в качестве др.

1768072

Для хемопонного выращивания растений большой интерес. представляет использование в качестве корнеобитаемого субстрата гидролизного лигнина. Однако налйчие и нем токсических остаточных количеств серной кислоты (0,5-2%) и отсутствие надежного способа ихдетоксикации является ограничительным критерием использования гидролизного лигнина .в народном хозяйстве, "в,т,1. :в сел1 Скохозяйственном производстве ho"п4рол4зной промышленностй сФ)Нйы из года в,.год около 65% (почти

2 млн.т) гидролизного. лигнина вывозится в отвалы, а трансйортные расходы составляют около 2 р./т.

Известны способы получения органического удобрения на основе аммониэированного лигнина, заключающиеся в обработке гидролизного лигнина водным аммиаком.

Однако полученное таким образом оргайическое удобрение не может отвечать требованиям субстрата в спяэи с тем, что в результате нейтрализации аниона серной кислоты аммиаком образуется физиологический кислый продукт — аммоний сернокислый, который существенно подкисляет

: ., субстрат.

Наиболее близким (вэятым эа прототип) техническим решением к заявляемому способу является способ получения субстрата для выращивания растений, Субстрат состоит из смеси торфа и лигнина (20-50);(50-80), Способ заключается в смешивании гидролизного лигнина с органическим мелиорантом, в качестве которого используют

2-4%-ную водную суспенэию и родуктов гидролиза торфа водным раствором гидроокиси калия или аммиачной водой до рН

Яф10,5. Суспензию используют в количестве, обеспечивающем нейтрализацию лигнина до рН 5-6. Перед использованием суспенэию разделяют на водорастворимую

: фракцию (надосадочную) и осадок, Гидролизный лигнин вначале смешивают с водорастворимой (надосадочной) фракцией, смесь известкуют до рН 6,5-7,5 и затем сме,-,:., шивает с осадком гидролиэата торфа, В полученный продукт лигнина дополнительно вводят торф при массовом соотношении торфа и лигнина (20-50);(50-80), Из приведенного способа видно, что нейтрализация токсйческих остаточных ко" личеств (0,5-2,0%) серной кислоты и органи ческих кислот в гидролиэном лигнине (рН от

1,6 до 6,0) проводится гидратом окиси калия с образованием сернокйслого калия и солей органических кислот (нейтрализация серной кислоты почти полностью окайчивается при рН до 3,0-3,4, а изменение рН от 3,4 до

6 происходит эа счет нейтраллэации органических кислот). Нейтрализация серной и органических кислот аммиаком (гидратом окиси аммония) с образованием сернокислого аммония и солей органических кислот по

5 значениям условий рН аналогична вышеуказанным.

Недостатком используемых нейтрализующих щелочных реагентов является ro, что продукты нейтрализации серной кисло t0 ы являются легко диссоциирующими и находятся в растворенном состоянии в достаточно высокой концентрации. Более того, при нейтрализации аммиаком образовавшийся аммоний сернокислый обладает

15 физиологически кислыми свойствами, отсутствие направленной (детоксикационной) нейтрализации серной кислоты реагентом с образованием плохо растворимого продукта, например, гипса, а добавление гидро20 окиси кальция после нейтрализации серной кислоты другими щелочными реагентами только лишь ухудшает качество субстрата за счет создания избытка свободного кальция. который связывает в плохо доступные для

25 растений питательные вещества.

Способ многокомпонентный, сложный и громоздкий, особенно за счет многократных перемешиваний путем перебуртовки, подсушиоания лигнина с повторным насы- .

30 щением его влагой (водной суспензией продуктов гидролиза торфа гидроокисью калия или аммония) и др. Надежность смешивания ингредиентов путем перебуртовки на площадке низка, а продол>кительность процес35 са нейтрализации большая — до 5 суток.

Лигнин гидролизный по своим физико. химическим свойствам, кроме содержания токсических остаточных количеств серной кислоты (0,5-2%}, может быть прекрас-40 ным корнеобитаемым субстратом: размер частиц колеблется в широких пределах (0,001-10 мм) и зависит в основном от гранулометрического состава гидролизуемого сырья, влагоемкость составляет 300450%, содержит вещества лигногумино- " вого комплекса (5-15%), достаточно. стойкий к гниению, обладает выраженными ионообменными свойствами, особенно после модификации его шелочными реагейтами. Если надежно обезвредить серную кислоту, нет необходимости осуществлять способ по прототипу с целью повышЕния водоудерживающей способности и усовершенствования гранулометрического соста55 ва лигнина, тем более столь сложным и трудоемким. способом

Целью изобретения является повышение качества корнеобитаемого субстрата гидролизного лигнина и упрощение способа его получения.

1768072

Поставленная цель достигается тем, что в качестве корнеобитаемого субстрата используют гидролизный лигнин после двухступенчатой его нейтрализации: остаточные количества серной кислоты нейтрализуют до рН 3,0-4,4 точно установленной титрованием дозой гидроокиси кальция в виде известкового молока с образованием плохо растворимого гипса, а другие кислоты, в основном органические, нейтрализуют точной дозой водного аммиака до рН 6,0-7,6. С целью уменьшения фосфатации соединение фосфора в субстрат вводят в виде гранули= рованного суперфосфата после процесса кальцинирования. Количество фосфора и хелатов железа, бора, марганца и цинка вводят в 2-3-кратных дозах от общепринятых для питательных гидропонных растворов.

Обработка гидролизного лигнина гидроокисью кальция позволяет обезвредить токсические остаточные количества серной кислоты, а последующая обработка (донейтрализация) раствором аммиака исключает внесение в субстрат избытка кальция, который неблагоприятно влияет на питание растений за счет образования плохо- и недоступных растениям соединений опементов питания, в т,ч. за счет фосфатирования, Насыщение полученного при этом лигнина кальцинированно-аммониэированного элементами минерального питания позволяет создать субстрат (лигнопон) для выращивания растений в закрытом и открытом грунтах и горшковом растениеводстве, а также для улучшения плодородия грунтов парников, огородов и т,п. Особую ценность лигнопон представляет для выращивания в животноводческих помещениях витаминно-минеральной зеленой подкормки для молодняка животных и птицы. Остаток лигнина в составе корневой системы вместе с зеленой массой хорошо поедается животными без отрицательных последствий.

Более того нейтрализованный лигнин обладает, как доказано, хорошими адсорбирующими лечебными и выраженными ионнообменными свойствами, Таким образом обеспечивается достижение цели.

Сущность способа поясняется нижеследующим описанием. Гидролизный лигнин после лабораторного определения величины (дозы) кальцинирования до рН 3,0-4,4 (по метил оранжу) и величины донейтрализации аммиаком до рН 6-7,5 (по бромтимолу синему) путем титрования аликвотной водной вытяжки (1;10) разбавленным в 40 раз известковым молоком и водным аммиаком (25 (,ный водный аммиак разбавляют также в 40 раэ). подвергают обработке в производственных условиях необходимыми дозами иэвесткового молока и водного аммиака. При этом содержащиеся в гидролизном лигнине токсически действующие на растения остаточные количества серной кислоты ней5 трализуются гидроокисью кальция с образованием выпадающего в осадок плохо растворимого в воде кальция сульфата (гипса), а другие кислоты, в основном органиче-" ские, нейтрализуются аммиаком с

10 образованием аммонийных солей.

В лигнине кальцинированном неизбежно содержйтся некоторое избыточное количество свободных катионов кальция как за счет растворения образовавшегося сульфа15 та кальция, так и возможно за счет не полностью прореагировавшей гидроокиси кальция. Свободный кальций неблагоприятно может сказываться на росте и развитии растений в связи с тем, что фосфор, железо

20 и некоторые другие микроэлементы при из. бытке кальция переходят в связанное состояние и растения испытывают недостаток в этих элементах питания, хотя они содержатся в субстратах в необходимом количестве.

25 Для устранения недостаточности в питании растений и создания запаса минеральных веществ в субстрат вводят фосфор, железо, бор, марганец и цинк в 2-3-х кратных дозах. Минеральные вещества в суб30 страт добавляют только после обработки гидролизного лйгнина гидроокисью кальция и раствором аммиака. Железо и другие микроэлементы вводят в виде внутрикомплексных (хелатных) соединений, например, С

35 лимонной кислотой, являющейся активным комплексообразователем.

Пример конкретного выполнения способа получения лигнопона, Подготовка к нейтрализации гидролиз40 ного.лигнина. Навеску массой 50 r влажного гидролизного лигнина помещают в стеклянный стакан вместимостью 350-500 см, заливают 150 см горячей воды, хорошо перемешивают в течение 2-3 мин и оставля45 ют стоять на 2-3 мин для оседания лигнина.

Затем надосадочную жидкость сливают на вставленный в воронку фильтр, а в стакан к лигйину приливают новую порцию воды обьемом сколо 100 см, перемешивают и

50 после оседания лигнина жидкость также сливают на фильтр. Промывку повторяют еще 2-3 раза по 75-100 см воды, Промывные воды после фильтрования переносят в мерную колбу вместимостью 500 см, объем содержимого колбы доводят дистиллированной водой до метки и используют полученный фильтрат для проведения испытания.

Приготовление раствора-суспе гэии известкового молока.

1768072

Известковое молоко удельным весом

1,10-1,15 готовят из негашеной извести с содержанием не менее 85$ кальция окиси по технологическому регламенту для гидролиэно-дрожжевых и спиртовых производств. Из хорошо перемешанной средней пробы известкового молока отбирают пробу объемом 5 смз, переносят в колбу и доливают 195 смз воды дистиллированной, ополаскивают внутренний канал пипетки и хорошо перемешивают, Полученный раствор-cycпeнэиe гидроокиси кальция используют для титрования водных вытяжек иэ гидролизного лигнина.

Приготовление раствора водного аммиака.

В колбу помещают 195 см воды и 5 смз (точно) водного аммиака 25Я -ного, перемешивают и ополаскивают внутренний канал пипетки содержимым колбы, Определение дозы известкового молока, необходимой для нейтрализации остаточных количеств серной кислоты в гидролизном лигнине, В стакан вместимостью 250-300 см з мерной колбой переносят 1GO см вытяжки

2 (промывные воды) из навески лигнина, прибавляют 3-4 капли 1 ь-ного спиртового раствора фенолфталеина и титруют раствором-суспензией гидроокиси кальция (разведенное в 40 раэ известковое молоко) до желтой окраски. Титрование повторяют несколько раз и вычисляют среднее арифметическое.

Ф

Определение дозы водного аммиака, необходимой для нейтрализации кислот в .: гидролизном лигнине.

В стакан к вытяжке после титрования гидроокисью кальция прибавляют 4-5 капель раствора бромтимола синего и продолжают титровать раствором водного аммиака до синей окраски. Титрование повторяют несколько раз.

Обработка результатов. а. Объем известкового молока(V .), необходимый для кальцинирования 1 кг линина гидролизного вычисляют по формула з Vo Ч1 1000 изе.см /кг =

2 )и (1) где Vo — обьем раствора кальция гидроокиси, израсходованный на титрование 100 см з вытяжки из лигнина, см; з, Ч1 — общий обьем (500 см ) вытяжки з (фильтрата), см; з, Vz объем вытяжки (фильтрата), взятый на титрование, см; з, 40 — кратность дополнительного разведения известкового молока (200:5-40);

m — масса (50 r) навески лигнина, г. б. Объем водного аммиака (V M.), необходимый для донейтрализации кислот в гидролизном лигнине вычисляют по той же формуле(1). Обычно для нейтрализации кислот необходимо 0,4-0,6 объема водного аммиака к объему известного молока, вычисленного по формуле (1).

Нейтрализация гидролизного лигнина, Нейтрализация остатков серной кислоты и других кислот в лигнине гидролизном (влажностью около 65 j) проводят известковым молоком удельным весом f,10-1,15, а донейтралиэацию других кислот до рН

6,0-7,5 проводят 25 -ным.водным аммиаком.

Нейтрализацию проводят в порционных смесителян с механической мешалкой.

Загружают смеситель порцией лигнина гидролизного (например, 5 т), включают мешалку и с помощью соответствующего

25 доэатора подают небольшими порциями хорошо перемешанное известковое молоко (например. 159 дм" на 5 т). После окон3 чвния под=÷è извес,ткового молока начинают подачу водного аммиака (напри30 мер, 90 дм /5 г}.

Изготовление лигнопона.

В смеситель при постоянном перемешивании из отдельных доэаторов прибавля гот:

36 a) суперфосфат гранулированный (например, 10 кг/5 т), увлажненный раствором железа сеонокислого 7-водного (например.

1,2-1,5 дм 18-20 (-ного железа сернокислого на :,5-2) -ном растворе лимонной кисло40 ты), перемешивают 10-15 минут; б) раствор других минеральных удобрений (например, 50 дм3/Б т}, содержащий в

50 дмз:1 5 кг аммония азотнокислого, 5 кг калия азотнокислого и 2,5 кг магния аэотно45 кислого, в) маточный раствор химикатов микроэлементов на 1%-ном растворе лимонной кислоты (например, 2,5 дм /5 т), дополниз тельно разведенный 1:10 водой (например, 50 2,5 дмз и 22,5 дм воды). Состав маточного раствора, r/äì: марганец сернокислый

5-ти водный — 40, кислота борная -20, цинк сернокислый 7-миводный — 3, аммоний молибденовокислый — 1,медь сернокислая 5-тиводная — 2, кобальт азотнокислый

4-хводный — 2, кислота лимонная — 10.

После внесения в смеситель всех компонентов перемешивание продолжают в течение 20-30 мин.

1768072

Составитель С. Музаева

Редактор В. Трубченко Техред M.Mîðãåíòàë Корректор А. Мотыль

Заказ 3594 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

9 : -...10

Лигнопон может иэготовляться также лигйопонный субстрат (лигнопон) для выраподругой рецейтуре(как по макро-, таки по щивания растенйй. микрбэлементному составу). Лигнопон дает возможность предельно

При необходимости проводят сушку упроститьагротехнику выращиваниягидролигнопона при температуре не более100 С 5 понного зеленого корма с использованием и не допуская его измельчения (с образова- промышленных установок и цехов, а также " нием не более 5$ фракции с размером час- выращивать непосредственно на жйвотнотиц менее 0,1 мм).. . водческих фермах витаминно- минеральной

Заявителю не известен другой способ железной подкормки, поедаемой животны.получения лигнинового субстрата (лигнопо- 10 ми без остатка вместе с лигнином; на), содержащий подробное техническое ..Ф о р м у л а и з о 6 р е т е н и я решение с названными признаками, что по-, 1. Способ получения лигнинового субэволяет признать заявляемое решение со- страта для выращивания растений, включаответствующим критериям "новизна" и ющий обработку гидролизного лигнина

"существенные отличия". 15 щелочным мелиорантом, о т л и ч а ю щ и йТаким образом, нейтрализация гидро- с я тем, что, с целью повышения качества лиэного лигнина двухступенчатым спосо- субстрата и упрощения способа, обработку бом (остаточных количеств серной кислоты гидролизного лигнина осуществляют послегидроокисью кальция с образованием не- довательно гидроокисью кальция в виде изтоксичного и плохорастворимого гипса и 20 весткового молока до рН 3,0-4,4, а затем донейтрализация в основном органических гидроокисью аммония доводят рН до 5,0кислот аммиаком) обеспечивает обеэвре- 7,5, после чего вводят элементы питания живание его токсичности, устранение не- растений. благоприятного влияния на растения 2, Способ Ilo и 1,0т л и ч а ю щи и с я возможного избытка кальцияи сохранению 25 тем, что из элементов питания вводят фосполезных физико-химических свойств кор- фор в виде гранулированного суперфосфата необитаемого субстрата, а насыщение такого и микроэлементы в виде хелатов в 2-3-кратсубстрата макроэлементами и хелатными мик- ных дозах по отношению к общепринятым роэлементами дает воэможность получить нормам, 30