Lignin: kaj je to, osnovne lastnosti in uporaba. Hidroliziran lignin

Lignin (iz latinščine lignum - les) je kompleksen aromatski polimer naravnega izvora. Snov je del rastlin in je produkt biosinteze. Je najpogostejši polimer na zemlji, po celulozi in ima pomembno vlogo v naravnem ciklusu ogljika. Domneva se, da je lignin nastal med evolucijo, ko je zemeljski način življenja zamenjal vodni. On je kot hitin v členonožcih, namenjen zagotavljanju togosti in stabilnosti stebel in stebel rastlin. Danes bomo izvedeli več o tem, kaj je lignin in kako ga uporabljamo v sodobni industriji.

Kratek opis

Glavne sestavine rastlinskega tkiva so celuloza, hemiceluloza in lignin. Les iglavcev vsebuje do 38% te snovi, na listavcih - do 25%, v slami žit - do 20%. Lignin se nahaja v celičnih stenah in v zunajceličnem prostoru, ki pritrjuje celulozna vlakna. Skupaj s hemicelulozo je zasnovan tako, da zagotavlja mehansko trdnost drevesnih debel. Poleg tega je naravni polimer odgovoren za tesnost celične stene (za hranila in vodo) in določa barvo lignified tkiva. Lignin je kemično in fizično trdno vključen v strukturo rastlinskega tkiva, zato je izolacija od tam industrijsko zelo težka inženirska naloga.

Razvrstitev

Običajno je protolignin polimer, ki se nahaja v naravni obliki v rastlini, in njegovi tehnični derivati, ki se pridobivajo z ekstrakcijo iz rastlinskega tkiva z uporabo različnih fizikalno-kemijskih metod. Ta snov se ne proizvaja posebej, pridobiva se kot odpadna biokemična proizvodnja. Med fizikalno-kemijskimi učinki na lignin molekulske mase zmanjša, in reakcijska aktivnost se poveča.

V industriji hidrolize dobimo hidroliziran lignin, ki ga imenujemo tudi prah.

Pri proizvodnji celuloznih oblik polimera, topnih v vodi. Stiskanje se izvaja predvsem z dvema tehnologijama: sulfatnim (alkalnim) in sulfitnim (kislinskim). Alkalna metoda je pogostejša. Lignin, proizveden v proizvodnji sulfatov, se imenuje sulfat, in se uporablja predvsem v elektrarnah obratov za proizvodnjo celuloze. Toda polimer, pridobljen v proizvodnji sulfitov, nastane v obliki raztopin lignosulfonatov, od katerih se en del nabira v posebnih skladiščnih prostorih, drugi del pa je namenjen odplak.

Tuja literatura vsebuje informacije o ločevanju lignina v brez žvepla in žvepla. Prvi tip je v bistvu hidrolizni polimer, drugi pa polimer, proizveden v industriji celuloze.

Podjetja, ki prejemajo lignin kot stranski proizvod, jih običajno reciklirajo. Kljub temu lahko hidrolizo in sulfatni lignin, pa tudi lignosulfonate, najdemo na trgu kot ločen izdelek. Najpogostejši izdelek na osnovi te snovi so briketi goriva. Za tehnične lignine ni standardov, zato so podjetja, ki jih kupujejo, predložila svoje parametre kakovosti.

Formula in lastnosti

Z kemičnega vidika je lignin pogojni in posplošen koncept. Tako kot ni enakih ljudi, ni enakih polimerov. Predpostavlja se, da sestava lignina vključuje atome ogljika, vodika in kisika. Lignini, pridobljeni iz različnih rastlin, se lahko zelo razlikujejo po kemijski sestavi. Snov ima neskončno veliko molekulo in veliko različnih funkcionalnih skupin.

Osnova vseh vrst lignina je taka strukturna enota kot fenilpropan (C9H10). Razlike med vrstami so posledica vsebine različnih funkcionalnih skupin. Z vidika moderne znanosti je odgovor na vprašanje, kaj je tak lignin, videti takole: "Lignin je kompleksen tridimenzionalni polimer, ki ima mrežasto strukturo in aromatično naravo, ki izhaja iz polikondenzacije številnih monolignolov (cimetovih alkoholov)."

V normalnih pogojih je snov slabo topna v vodi in organskih topilih. V okolju lahko sodeluje v številnih različnih transformacijah in reakcijah. Lignin velja za biološko aktivnega. S povečanim tlakom ima plastične lastnosti, zlasti v mokrem stanju.

Recikliranje v naravi

Ta naravni polimer se praktično ne absorbira v procesu prebave pri višjih živalih. V naravnem okolju so za njegovo predelavo odgovorne vse vrste gliv, insektov, bakterij in deževnikov. Glavno vlogo v tem procesu so imeli bazidiomiceti. Med njimi so vrste, ki živijo na drevesih (živih ali mrtvih) in obdelujejo padle liste. Med njimi so tudi užitne gobe: ostriga, gob, šampinjon.

Lignin se razgradi z oksidoreduktazami - zunajceličnimi encimi gliv. Sem spadajo predvsem lininolitske peroksidaze (lignin in Mn-peroksidaza) in zunajcelična oksidaza (laccase). Poleg tega ligninolitični kompleks gliv vključuje pomožne encime, ki proizvajajo vodikov peroksid, in aktivne kisikove encime.

Glavni produkt razgradnje lignina v naravnih pogojih je humus. Razkroj snovi v naravi se pojavi v prisotnosti rastlinskih tkivnih elementov, kot so celuloza in hemiceluloza.

Gospodarska vrednost

Na svetu se letno proizvede približno 70 milijonov ton tehničnega lignina. Kljub dejstvu, da se šteje za dragoceno kemično surovino, je prodaja snovi zelo šibka. Poleg tega uporaba tega polimera zaradi pomanjkanja donosne proizvodne tehnologije ni ekonomsko izvedljiva. Razgradnja lignina na manj kompleksne kemijske spojine (benzen, fenol itd.) Je na primer dražja od sinteze teh spojin iz nafte in plina. Statistični podatki Mednarodnega inštituta Lgnin kažejo, da se v svetu le 2% tehničnih ligninov uporablja za kmetijske, industrijske in druge potrebe. V bistvu se uporabljajo za proizvodnjo peletov lignina, gnojil in drugih izdelkov z nizko tonažo. Preostalih 98% jih spali na elektrarnah ali pa jih preprosto pokopljejo na grobiščih.

Težava industrijske predelave lignina je povezana s kompleksnostjo njene narave, veliko variabilnostjo strukturnih enot in njihovih povezav, pa tudi nestabilnostjo polimera pred kemično in toplotno izpostavljenostjo. Odpadki podjetij ne vsebujejo naravnega polimera, ampak snovi, ki vsebujejo lignin, ali mešanice snovi, ki imajo večjo kemično in biološko aktivnost. Brez nečistoč tudi ne stori.

Menijo, da v bližini skladiščenja lignina ni zaželeno živeti. Snov je vnetljiva in dobro sežgan, z sproščanjem dušikovih, žveplovih in drugih neprijetnih spojin. Gašenje skladišč je ovirano zaradi velikih dimenzij in lastnosti gorenja polimera. Nekatere študije so potrdile mutageno delovanje snovi. Zato obstaja razlog za trditev, da tehnični lignini v bilanci nacionalnega gospodarstva predstavljajo impresivno, stalno naraščajočo negativno vrednost.

Hidroliziran lignin

Ta vrsta polimera je praškasta amorfna snov, katere gostota se giblje med 1,25-1,45 g / cm ³ , barva pa se spremeni iz kremne v rjavo. Hidrolitski lignin ima specifičen vonj. Njegova molekulska teža se lahko giblje od 5 do 10 tisoč. Hidrolizirani lignin vsebuje od 40 do 88% samega lignina. Preostali delež je razdeljen na: polisaharide, ki jih je težko hidrolizirati (13-45%); smolnate snovi in ​​snovi ligno-humičnega kompleksa (5-19%); in elementi pepela (0,5-10%).

Lignin ni strupen. Ima dobro sposobnost sorpcije. V suhi obliki je dobro gorljiva in v razpršeni obliki je eksplozivna snov. Vžig polimera poteka pri temperaturi 195 ° C in pri samovžigu - 425 ° C.

Področje hidrolize lignina je zelo široko: t

1. Proizvodnja briketov za gorivo.
2. Pridobivanje gorivnega plina, vključno z generatorji plinskih batov, s proizvodnjo električne energije.
3. Recikliranje lignina v biogoriva.
4. Proizvodnja redukcijskih sredstev za kovino in silicij, v obliki briketov.
5. Sorbenti na osnovi lignina, čiščenje komunalnih in industrijskih odplak, naftnih derivatov, težjih kovin in še več.
6. Proizvodnja premoga, vključno z aktiviranim.
7. Sorbenti za medicino in veterino ("Polyphepan" in drugi).
8. Surovine za sintezo nitrolignina, ki se uporablja za zmanjšanje viskoznosti glinenih raztopin, uporabljenih med vrtanjem.
9. Pretvorniki v proizvodnji opeke in drugih keramičnih izdelkov.
10. Polnilo za kompozitne materiale in plastiko.
11. Proizvodnja gnojil iz lignina (organskih in organskih mineralov) ter herbicidi pri pridelavi stročnic.
12. Proizvodnja kislin (ocetne in oksalne) in fenola.
13. Aditiv za asfaltni beton.

Lignosulfonati

So ligninski sulfo derivati, ki so topni v vodi in nastajajo med sulfatno delignifikacijo lesa. To so natrijeve soli lignosulfonskih kislin, pomešane z dodatki mineralnih in redukcijskih snovi.

Industrijske lignosulfonate dobimo z uparjenjem razžvepljene sulfitne tekočine. Proizvajajo se v obliki trdih ali tekočih koncentratov sulfit-alkoholnih alkoholov, s molsko maso od 200 do 60 000. Snovi imajo visoko površinsko aktivnost, zato se uporabljajo kot površinsko aktivne snovi (surfaktanti).

Glavne aplikacije:

1. Kemična industrija . V obliki stabilizatorjev, disperzantov in veziv v proizvodnji briketiranih fitofarmacevtskih sredstev.
2. Naftna industrija. Kot reagent za prilagajanje parametrov vrtalnih tekočin.
3. Livarna. Kot vezivo za vlivanje spojin in dodatkov za barve z nepremaznimi lastnostmi.
4. Proizvodnja betona in ognjevzdržnih materialov. Mešanica plastifikatorja.
5. V gradbeništvu. Da bi materialom in prsti dali najboljše lastnosti trdnosti in kot emulgator za cestne mešanice.
6. Kmetijstvo in gozdarstvo. Za zaščito tal pred erozijo.
7. Proizvodnja vanilina. Kot surovina.

Sulfatni lignin

Ta vrsta naravnega polimera je raztopina natrijevih soli, ki ima visoko gostoto in kemično odpornost. Ko je suha, ima praškasta snov rjavo barvo. Premer delcev se lahko spreminja v precej širokem prehodu - 10 mikronov-5 mm. Prašek je sestavljen iz posameznih delcev sferične oblike in njihovih kompleksov. Gostota sulfatnega lignina je 1300 kg / m3. Snov je topna v: vodnih raztopinah hidroksidov alkalijske kovine dioksin, vodne raztopine amoniaka, etilen glikola, furfurala, piridina in dimetil sulfoksida. Med toplotno obdelavo se polimer razgradi in nastane hlapne snovi. Snov se šteje za praktično netoksičen izdelek. Uporablja se v obliki vlažne paste.

Navodila za uporabo lignina (sulfata):

1. Surovine pri proizvodnji plastike in fenolformaldehidnih smol.
2. Binder. Lignin kot lepilo se uporablja pri proizvodnji kartona, papirja, vlaken in ivernih plošč.
3. Modifikacijski dodatek za gumo in lateks.
4. Stabilizator za kemične pene.
5. Plastifikator za beton ter ognjevarne in keramične izdelke.
6. Surovine pri izdelavi strešnih premogov.

Perspektive

Ko smo izvedeli, kaj je lignin, se pogovorimo o možnostih za njegovo industrijsko uporabo. Tehnologija predelave in delignifikacije surovin, ki vsebujejo celulozo, je povezana z velikimi kapitalskimi naložbami in z ekološkega vidika ni povsem ugodna. Znanstveniki po vsem svetu že dolgo delajo na ustvarjanju visoko učinkovitih načinov za organiziranje celulozne in biokemične proizvodnje, vendar njihov razvoj še ni našel široke uporabe. Kljub temu so bili v industrijo uvedeni številni razvojni dosežki na področju uporabe svežega in skladiščenega lignina v različnih letih. Ta vprašanja so še posebej pomembna zaradi vedno večjega zanimanja za boj proti okoljskim problemom in uporabo celotnega spektra rastlinskega materiala. Zato bi bilo zanikanje možnosti uporabe lignina v industrijskem in kmetijskem sektorju napačno.

Stopnja proizvodnje in porabe celuloze in drugih biokemijskih produktov za velike države velja za najpomembnejši kazalnik gospodarskega razvoja. Seveda ne-biokemiki odločilno prispevajo k poslabšanju ekoloških razmer. Kljub temu je lahko v krajih, kjer taka podjetja delujejo, njihova vloga pri onesnaževanju okolja precejšnja.

Zaključek

Danes smo odgovorili na vprašanje: "Lignin: kaj je to?" Povzamemo lahko, da je lignin naravno prisoten aromatski polimer, ki je del rastlin in je produkt biosinteze. Oblike snovi, pridobljene v industriji hidrolize in celuloze, so našle široko uporabo. Kljub temu vprašanje popolne predelave tehničnih ligninov še ni rešeno.