Lignin: što je to, osnovna svojstva i upotreba. Hidrolizirani lignin

Lignin (od latinskog lignum - drvo) je složeni aromatski polimer prirodnog podrijetla. Tvar je dio biljaka i proizvod je biosinteze. To je najčešći polimer na zemlji, nakon celuloze, i igra važnu ulogu u prirodnom ciklusu ugljika. Vjeruje se da je lignin nastao tijekom evolucije, kada je zemaljski način života zamijenio vodeni. On je poput hitina u člankonožcima, osmišljen kako bi osigurao krutost i stabilnost stabljika i stabljika biljaka. Danas ćemo saznati više o tome što je lignin i kako se koristi u modernoj industriji.

Kratak opis

Glavne komponente biljnog tkiva su celuloza, hemiceluloza i lignin. Drvo četinarskih stabala sadrži do 38% ove tvari, u listopadnim stablima - do 25%, au slamama žitarica - do 20%. Lignin se nalazi u staničnim stijenkama i izvanstaničnom prostoru, pričvršćujući celulozna vlakna. Zajedno s hemicelulozom, dizajniran je kako bi osigurao mehaničku čvrstoću debla. Osim toga, prirodni polimer je odgovoran za nepropusnost stijenke stanica (za hranjive tvari i vodu) i određuje boju lignified tkiva. Lignin je kemijski i fizički čvrsto uklopljen u strukturu biljnog tkiva, stoga je izoliranje od tamo industrijski vrlo težak inženjerski zadatak.

klasifikacija

Obično, protolignin je polimer koji je sadržan u prirodnom obliku unutar biljke i njegovih tehničkih derivata, koji se dobivaju ekstrakcijom iz biljnog tkiva, koristeći različite fizičko-kemijske metode. Ta se tvar ne proizvodi posebno, dobiva se kao otpad biokemijske proizvodnje. Tijekom fizikalno-kemijskih učinaka na lignin molekularnu težinu smanjuje se mnogo puta, a reakcijska aktivnost se povećava.

U industriji hidrolize dobiva se hidrolizirani lignin, koji se također naziva prah.

U proizvodnji celuloznih oblika polimera, topivih u vodi. Pulpiranje se provodi uglavnom pomoću dvije tehnologije: sulfata (alkalna) i sulfita (kiselina). Alkalna metoda je češća. Lignin proizveden u proizvodnji sulfata naziva se sulfat, odnosno koristi se uglavnom u elektranama tvornica celuloze. Ali polimer dobiven u proizvodnji sulfita formira se u obliku otopina lignosulfonata, od kojih se jedan dio akumulira u posebnim skladištima, a drugi dio ide u otpadnih voda.

Inozemna literatura sadrži podatke o odvajanju lignina od sumpora i sumpora. Prvi tip, u biti, je hidrolitički polimer, a drugi je polimer proizveden u industriji celuloze.

Poduzeća koja primaju lignin kao nusproizvod teže ih reciklirati. Ipak, hidroliza i sulfatni lignin, kao i lignosulfonati, mogu se naći na tržištu kao zasebna stavka proizvoda. Najčešći proizvod na bazi ove tvari su briketi goriva. Ne postoje standardi za tehničke lignine, stoga poduzeća koja ih kupuju iznose vlastite parametre kvalitete.

Formula i svojstva

S kemijskog stajališta lignin je uvjetni i generalizirani pojam. Baš kao što nema identičnih ljudi, nema identičnih polimera. Pretpostavlja se da sastav lignina uključuje atome ugljika, vodika i kisika. Lignini dobiveni iz različitih biljaka mogu značajno varirati u kemijskom sastavu. Tvar ima neograničeno veliku molekulu i mnogo različitih funkcionalnih skupina.

Osnova svih vrsta lignina je takva strukturna jedinica kao fenilpropan (C9H10). Razlike između vrsta posljedica su sadržaja različitih funkcionalnih skupina. S točke gledišta moderne znanosti, odgovor na pitanje što je takav lignin izgleda ovako: "Lignin je složeni trodimenzionalni polimer koji ima retikularnu strukturu i aromatičnu prirodu, a rezultat je polikondenzacije niza monolignola (cimetnih alkohola)."

Pod normalnim uvjetima, tvar je slabo topljiva u vodi i organskim otapalima. U okolišu može sudjelovati u velikom broju različitih transformacija i reakcija. Lignin se smatra biološki aktivnim. S povećanim tlakom pokazuje plastična svojstva, osobito u vlažnom stanju.

Recikliranje u prirodi

Ovaj prirodni polimer se praktički ne apsorbira u procesu probave kod viših životinja. U prirodnom okruženju sve vrste gljiva, insekata, bakterija i glista odgovorne su za njegovu obradu. Glavnu ulogu u tom procesu imali su bazidiomiceti. To uključuje vrste koje žive na drveću (žive ili mrtve) i obrađuju otpalo lišće. Među njima su čak i jestive gljive: bukovača, gljiva, šampinjon.

Lignin se razgrađuje djelovanjem oksidoreduktaza - izvanstaničnih enzima gljiva. To su uglavnom lininolitne peroksidaze (lignin i Mn-peroksidaza) i ekstracelularna oksidaza (laccase). Osim toga, ligninolitički kompleks gljiva uključuje pomoćne enzime koji proizvode vodikov peroksid i enzime aktivnog kisika.

Glavni proizvod razgradnje lignina u prirodnim uvjetima je humus. Raspadanje tvari u prirodi događa se u prisutnosti elemenata biljnog tkiva kao što su celuloza i hemiceluloza.

Ekonomska vrijednost

Godišnje se u svijetu proizvodi oko 70 milijuna tona tehničkog lignina. Unatoč činjenici da se smatra vrijednom kemijskom sirovinom, prodaja tvari je vrlo slaba. Osim toga, zbog nedostatka profitabilne tehnologije proizvodnje, uporaba ovog polimera nije ekonomski isplativa. Na primjer, razgradnja lignina u manje složene kemijske spojeve (benzen, fenol itd.) Skuplja je od sinteze tih spojeva iz nafte i plina. Statistika Međunarodnog instituta Lgnin pokazuje da se u svijetu samo 2% tehničkih lignina koristi za poljoprivredne, industrijske i druge potrebe. Uglavnom se koriste za proizvodnju peleta lignina, gnojiva i drugih niskopodnih proizvoda. Preostalih 98% su spaljene na elektranama ili su jednostavno zakopane u groblju.

Teškoća industrijske prerade lignina povezana je sa složenošću njegove prirode, velikom varijabilnošću strukturnih jedinica i njihovim vezama, kao i nestabilnošću polimera prije kemijske i termičke izloženosti. Otpad poduzeća ne sadrži prirodni polimer, već tvari koje sadrže lignin ili smjese tvari koje imaju veću kemijsku i biološku aktivnost. Bez nečistoća također ne čini.

Smatra se da u blizini skladištenja lignina nije poželjno živjeti. Tvar je zapaljiva i dobro izgorjela, s oslobađanjem dušika, sumpora i drugih neugodnih spojeva. Gašenje skladišta je otežano velikom veličinom i svojstvima gorenja polimera. Neke su studije potvrdile mutageno djelovanje tvari. Stoga postoje razlozi za tvrdnju da tehnički lignini u nacionalnoj ekonomskoj bilanci predstavljaju impresivnu, stalno rastuću negativnu vrijednost.

Hidrolizirani lignin

Ovaj tip polimera je praškasta amorfna tvar, čija gustoća varira između 1,25-1,45 g / cm3, a boja se mijenja od kremaste do smeđe. Hidrolitički lignin ima specifičan miris. Njegova molekularna težina može varirati od 5 do 10 tisuća. Hidrolizirani lignin sadrži od 40 do 88% samog lignina. Preostali udio dijeli se na: polisaharide koji se teško hidroliziraju (13-45%); smolaste tvari, kao i tvari ligno-humusnog kompleksa (5-19%); i elementi pepela (0,5-10%).

Lignin nije toksičan. Ima dobar kapacitet sorpcije. U suhom obliku dobro je zapaljiv, au obliku spreja eksplozivna tvar. Paljenje polimera odvija se na temperaturi od 195 ° C, a samozapaljenje - 425 ° C.

Opseg hidrolize lignina je vrlo širok:

1. Proizvodnja briketa za gorivo.
2. Proizvodnja gorivnog plina, uključujući u plinskim klipnim generatorima, s proizvodnjom električne energije.
3. Recikliranje lignina u biogoriva.
4. Proizvodnja redukcijskih sredstava za metal i silicij, u obliku briketa.
5. Sorbenti na bazi lignina, pročišćavanje gradskih i industrijskih otpadnih voda, naftnih derivata, teških metala i još mnogo toga.
6. Proizvodnja ugljena, uključujući i aktivni.
7. Sorbenti za medicinu i veterinarstvo ("Polyphepan" i drugi).
8. Sirovine za sintezu nitrolignina, koje se koriste za smanjenje viskoznosti glinenih otopina korištenih tijekom bušenja.
9. Pretvarači u proizvodnji opeka i drugih keramičkih proizvoda.
10. Punilo za kompozitne materijale i plastiku.
11. Proizvodnja ligninskih gnojiva (organskih i organskih minerala), kao i herbicida u uzgoju mahunarki.
12. Proizvodnja kiselina (octena i oksalna) i fenola.
13. Aditiv za asfaltni beton.

lignosulfonat

To su lignin-sulfo-derivati, koji su topljivi u vodi i nastaju tijekom sulfitne delignifikacije drva. To su natrijeve soli lignosulfonskih kiselina pomiješanih s dodatcima mineralnih i reducirajućih tvari.

Industrijski lignosulfonati se dobivaju isparavanjem desulfurizirane sulfitne tekućine. Proizvode se u obliku čvrstih ili tekućih koncentrata sulfita-alkohola, s molarna masa od 200 do 60 000. Tvari imaju visoku površinsku aktivnost, pa se koriste kao surfaktanti (surfaktanti).

Glavne aplikacije:

1. Kemijska industrija . U obliku stabilizatora, disperzanata i veziva, u proizvodnji briketiranih sredstava za zaštitu bilja.
2. Naftna industrija. Kao reagens za podešavanje parametara fluida za bušenje.
3. Ljevaonica. Kao vezivo za spojeve za kalupljenje i aditive za boje s neprikladnim osobinama.
4. Proizvodnja betona i vatrostalnih materijala. Kao mješavina plastifikatora.
5. U izgradnji. Kako bi se materijalima i tlima dala najbolja svojstva čvrstoće i kao emulgator za cestovne mješavine.
6. Poljoprivreda i šumarstvo. Zaštititi tlo od erozije.
7. Proizvodnja vanilina. Kao sirovina.

Sulfatni lignin

Ova vrsta prirodnog polimera je otopina natrijevih soli, koja ima visoku gustoću i kemijsku otpornost. Kada je suha, praškasta tvar ima smeđu boju. Promjer čestica može varirati u prilično širokom prolazu - 10 mikrona-5 mm. Prah se sastoji od pojedinačnih čestica sferičnog oblika i njihovih kompleksa. Gustoća sulfatnog lignina je 1300 kg / m3. Tvar je topiva u: vodenim otopinama hidroksida alkalijskih metala dioksin, vodene otopine amonijaka, etilen glikola, furfurala, piridina i dimetil sulfoksida. Tijekom toplinske obrade, polimer se razgrađuje tako da tvori hlapljive tvari. Tvar se smatra praktično netoksičnim proizvodom. Koristi se u obliku vlažne paste.

Pravci uporabe lignina (sulfata):

1. Sirovine u proizvodnji plastike i fenolformaldehidnih smola.
2. Binder. Lignin kao ljepilo koristi se u proizvodnji kartona, kao i papira, vlakana i iverice.
3. Aditiv za modifikator za gumu i lateks.
4. Stabilizator za kemijske pjene.
5. Plastifikator za beton, kao i vatrostalni i keramički proizvodi.
6. Sirovine u proizvodnji ugljena za rasvjetu.

planovi

Nakon što smo saznali što je to lignin, razgovarajmo malo o izgledima njegove industrijske uporabe. Tehnologija obrade i delignifikacije sirovina koje sadrže celulozu povezana je s velikim kapitalnim ulaganjima i nije u potpunosti ekološki prihvatljiva. Znanstvenici diljem svijeta već dugo rade na stvaranju visoko učinkovitih načina organiziranja celulozne i biokemijske proizvodnje, ali njihov razvoj još uvijek nije našao široku primjenu. Unatoč tome, u industriju su uvedena mnoga dostignuća u području korištenja svježeg i uskladištenog lignina u različitim godinama. Ta su pitanja posebno važna u svjetlu sve većeg interesa za borbu protiv ekoloških problema i korištenje čitavog spektra biljnih materijala. Stoga bi bilo pogrešno odbaciti mogućnost korištenja lignina u industrijskom i poljoprivrednom sektoru.

Razina proizvodnje i potrošnje celuloze i drugih proizvoda biokemije za velike zemlje smatra se najvažnijim pokazateljem gospodarskog razvoja. Naravno, ne-biokemičari čine odlučujući doprinos pogoršanju ekološke situacije. Ipak, na mjestima gdje takva poduzeća posluju, njihova uloga u onečišćavanju okoliša može biti vrlo značajna.

zaključak

Danas smo odgovorili na pitanje: "Lignin: što je to?" Oblici tvari dobiveni u industriji hidrolize i celuloze pronašli su široku primjenu. Ipak, pitanje potpune obrade tehničkih lignina još nije riješeno.