Лигнин: какво е то, основните свойства и употреби. Хидролизиран лигнин

Лигнин (от латински lignum - дърво) е сложен ароматен полимер от естествен произход. Веществото е част от растенията и е продукт на биосинтеза. Той е най-често използваният полимер на земята след целулоза и играе важна роля в естествения цикъл на въглерода. Смята се, че лигнинът възниква в хода на еволюцията, когато земният начин на живот замества водния. Той е като хитин в членестоногите, предназначени да осигурят твърдост и стабилност на стъблата и стъблата на растенията. Днес ще научим повече за това какво е лигнинът и как се използва в съвременната индустрия.

Кратко описание

Основните компоненти на растителната тъкан са целулоза, хемицелулоза и лигнин. Дървесината от иглолистни дървета съдържа до 38% от това вещество, в широколистни - до 25%, а в сламата от зърнени храни - до 20%. Лигнинът се намира в клетъчните стени и извънклетъчното пространство, закрепвайки целулозните влакна. Заедно с хемицелулоза, той е предназначен да осигури механичната якост на стволовете на дърветата. Освен това естественият полимер е отговорен за стегнатостта клетъчни стени (за хранителни вещества и вода) и определя цвета на лигнифицираната тъкан. Лигнинът е химически и физически здраво включен в структурата на растителната тъкан, следователно, изолирането му от там индустриално е много трудна инженерна задача.

класификация

Обикновено, протолининът е полимер, който се съдържа в естествена форма вътре в растението и техни техни производни, които се получават чрез екстракция от растителна тъкан, използвайки различни физикохимични методи. Това вещество не се произвежда специално, то се получава като отпадъци от биохимично производство. По време на физико-химичните ефекти върху лигнин, неговите молекулно тегло намалява многократно и реакционната активност се увеличава.

В хидролизата се получава хидролизиран лигнин, който също се нарича прах.

При производството на целулозни форми на полимера, разтворими във вода. Пулпирането се извършва основно чрез две технологии: сулфатни (алкални) и сулфитни (киселинни). Алкалният метод е по-често срещан. Лигнинът, произведен в сулфатно производство, се нарича съответно сулфат и се използва главно в електроцентрали на целулозни предприятия. Но полимерът, получен при производството на сулфит, се образува под формата на разтвори на лигносулфонати, една част от които се натрупва в специални складови помещения, а другата част отива в отпадъчните води.

В чуждестранна литература се съдържа информация за отделянето на лигнин от без сяра и сяра. Първият тип е по същество хидролитичен полимер, а вторият е полимер, произведен в целулозната промишленост.

Предприятията, които получават лигнин като страничен продукт, са склонни да го рециклират. Независимо от това, хидролиза и сулфат лигнин, както и лигносулфонати, могат да бъдат намерени на пазара като отделен продукт. Най-разпространеният продукт на базата на това вещество е горивните брикети. Няма стандарти за технически лигнини, поради което предприятията, които ги купуват, предлагат свои собствени качествени параметри.

Формула и свойства

От химическа гледна точка, лигнинът е условна и обобщена концепция. Точно както няма идентични хора, няма идентични полимери. Предполага се, че съставът на лигнин включва атоми на въглерод, водород и кислород. Лигнините, получени от различни растения, могат да варират значително по химичен състав. Веществото има неограничено голяма молекула и много различни функционални групи.

В основата на всички видове лигнин е такава структурна единица като фенилпропан (C9H10). Разликите между видовете се дължат на съдържанието на различни функционални групи. От гледна точка на съвременната наука отговорът на въпроса какво е такъв лигнин изглежда така: "Лигнинът е сложен триизмерен полимер, който има ретикуларна структура и ароматна природа, резултат от поликондензацията на редица монолиголи (канелени алкохоли)."

При нормални условия веществото е слабо разтворимо както във вода, така и в органични разтворители. В околната среда тя може да участва в голям брой различни трансформации и реакции. Лигнинът се счита за биологично активен. С повишено налягане, той проявява пластични свойства, особено в мокро състояние.

Рециклиране в природата

Този естествен полимер на практика не се абсорбира в процеса на храносмилане при по-високи животни. В естествената среда всички видове гъби, насекоми, бактерии и земни червеи са отговорни за нейната обработка. Основната роля в този процес отиде на базидиомицетите. Те включват видове, които живеят на дървета (живи или мъртви) и обработват паднали листа. Сред тях има дори ядливи гъби: стриди, гъби, печурки.

Лигнинът се разгражда от действието на оксидоредуктазите - извънклетъчните ензими на гъбичките. Те включват предимно линилолитни пероксидази (лигнин и Mn-пероксидаза) и екстрацелуларна оксидаза (лаказа). В допълнение, лигнинолитичният комплекс от гъбички включва помощни ензими, които произвеждат водороден пероксид и активни кислородни ензими.

Основният продукт на разлагането на лигнин в естествени условия е хумусът. Разлагането на веществото в природата се извършва в присъствието на растителни тъканни елементи като целулоза и хемицелулоза.

Икономическа стойност

Около 70 милиона тона технически лигнин се произвеждат годишно в света. Въпреки факта, че той се счита за ценна химическа суровина, продажбата на веществото е много слаба. В допълнение, поради липсата на печеливши производствени технологии, използването на този полимер не е икономически осъществимо. Например разлагането на лигнин в по-сложни химични съединения (бензол, фенол и др.) Е по-скъпо от синтеза на тези съединения от нефт и газ. Статистиката на Международния институт Lgnin показва, че в света само 2% от техническите лигнини се използват за селскостопански, промишлени и други нужди. По принцип те се използват за производство на пелети от лигнин, торове и други ниско тонажни продукти. Останалите 98% са или изгорени на електроцентрали, или просто погребани в гробища.

Трудността на промишлената преработка на лигнин е свързана със сложността на нейната природа, голямата променливост на структурните единици и техните връзки, както и с нестабилността на полимера преди химическото и термично излагане. Отпадъците на предприятията не съдържат естествен полимер, а съдържащи лигнин вещества или смеси от вещества, които имат по-голяма химична и биологична активност. Без примеси също не прави.

Смята се, че близо до съхранение на лигнин не е желателно да живее. Веществото е запалимо и добре изгорено, с освобождаване на азотни, серни и други неприятни съединения. Погасяването на складовете се затруднява от големите им размери и горивните характеристики на полимера. Някои проучвания потвърждават мутагенната активност на веществото. Така че има основания да се твърди, че техническите лигнини в националното икономическо равновесие представляват впечатляваща, постоянно нарастваща отрицателна стойност.

Хидролизиран лигнин

Този вид полимер е прахообразно аморфно вещество, чиято плътност варира между 1.25-1.45 g / cm ³ , а цветът се променя от крем на кафяво. Хидролитичният лигнин има специфичен мирис. Молекулното му тегло може да варира от 5 до 10 хиляди. Хидролизираният лигнин съдържа от 40 до 88% от самия лигнин. Останалата част се разделя на: трудно хидролизиращи се полизахариди (13-45%); смолисти вещества, както и вещества от лигно-хумичния комплекс (5-19%); и пепелни елементи (0,5-10%).

Лигнинът е нетоксичен. Той има добър сорбционен капацитет. В суха форма тя е добре запалима, а в пръсканата форма е взривоопасна субстанция. Запалването на полимера протича при температура 195 ° С и самозапалване - 425 ° С.

Обхватът на хидролизния лигнин е доста широк:

1. Производство на горивни брикети.
2. Производство на горивни газове, включително в газови бутални генератори, с производство на електроенергия.
3. Рециклиране на лигнин в биогорива.
4. Производство на редуциращи агенти за метал и силиций под формата на брикети.
5. Сорбенти на основата на лигнин, пречистващи градски и промишлени отпадъчни води, нефтопродукти, по-тежки метали и др.
6. Производство на въглища, включително активирани.
7. Сорбенти за медицина и ветеринария ("Полифепан" и др.).
8. Суровини за синтеза на нитролигин, който се използва за намаляване на вискозитета на глинестите разтвори, използвани при сондирането.
9. Преобразуватели в производството на тухли и други керамични продукти.
10. Пълнител за композитни материали и пластмаси.
11. Производство на лигнинови торове (органични и органични минерали), както и хербициди при отглеждането на бобови растения.
12. Производство на киселини (оцетна и оксалова) и фенол.
13. Добавка към асфалтобетон.

лигносулфонати

Те са лигнинови сулфо производни, които са разтворими във вода и се образуват по време на сулфатната делигнификация на дървесината. Това са натриеви соли на лигносулфоновите киселини, смесени с примеси на минерални и редуциращи вещества.

Индустриалните лигносулфонати се получават чрез изпаряване на десулфурирана сулфитна течност. Те се произвеждат под формата на твърди или течни сулфитно-алкохолни бардови концентрати, с моларна маса от 200 до 60 000. Веществата имат висока повърхностна активност, така че се използват като повърхностно активни вещества (ПАВ).

Основни приложения:

1. Химическа промишленост . Под формата на стабилизатори, дисперсанти и свързващи вещества при производството на брикетирани продукти за растителна защита.
2. Нефт. Като реагент за регулиране на параметрите на сондажните течности.
3. Леярна. Като свързващо вещество за формоване на съединения и добавки към бои с неприлепващи свойства.
4. Производство на бетон и огнеупорни материали. Като смес от пластификатори.
5. В строителството. С цел да се даде на материалите и почвите най-добрите якостни характеристики и като емулгатор за пътни смеси.
6. Земеделие и горско стопанство. За защита на почвата от ерозия.
7. Производство на ванилин. Като суровина.

Сулфатен лигнин

Този вид естествен полимер е разтвор на натриеви соли, който има висока плътност и химическа устойчивост. Когато е суха, прахообразното вещество има кафяв цвят. Диаметърът на частиците може да варира в доста широка пътека - 10 микрона-5 мм. Прахът се състои от отделни частици със сферична форма и техните комплекси. Плътността на сулфатния лигнин е 1300 kg / m ³ . Веществото е разтворимо в: водни разтвори на хидроксиди алкални метали диоксини, водни разтвори на амоняк, етилен гликол, фурфурал, пиридин и диметил сулфоксид. По време на топлинната обработка полимерът се разлага и образува летливи вещества. Веществото се счита за практически нетоксичен продукт. Използва се под формата на влажна паста.

Направления на употреба на лигнин (сулфат):

1. Суровини при производството на пластмаси и фенолформалдехидни смоли.
2. Биндер. Лигнинът като лепило се използва в производството на картон, както и на хартия, влакна и ПДЧ.
3. Модификаторна добавка за каучук и латекс.
4. Стабилизатор за химически пени.
5. Пластификатор за бетон, както и огнеупорни и керамични продукти.
6. Суровини в производството на осветителни въглища.

перспективи

След като научихме какво е лигнин, нека поговорим малко за перспективите за неговата промишлена употреба. Технологията за преработка и делигнификация на целулозосъдържащите суровини е свързана с големи капиталови инвестиции и не е изцяло благоприятна от гледна точка на екологията. Учените от цял ​​свят отдавна работят за създаването на високоефективни начини за организиране на целулозно и биохимично производство, но тяхното развитие все още не е намерило широко приложение. Въпреки това в промишлеността са въведени много разработки в областта на използването на пресни и складирани лигнини в различни години. Тези въпроси са от особено значение в светлината на нарастващия интерес към борбата с екологичните проблеми и използването на целия спектър от растителни материали. По този начин, да се отрече перспективата за използване на лигнин в промишления и селскостопанския сектор, би било погрешно.

Нивото на производство и потребление на целулоза и други продукти на биохимията, за големите страни, се счита за най-важния показател за икономическо развитие. Разбира се, небиохимиците имат решаващ принос за влошаването на екологичната ситуация. Независимо от това, на места, където действат такива предприятия, тяхната роля в замърсяването на околната среда може да бъде доста значителна.

заключение

Днес ние отговорихме на въпроса: „Лигнин: какво е това?“ Като обобщение, може да се отбележи, че лигнинът е естествен ароматен полимер, който е част от растенията и е продукт на биосинтеза. Форми на вещества, получени в хидролизата и целулозната промишленост, намират широко приложение. Въпреки това въпросът за пълната преработка на техническите лигнини все още не е разрешен.