Lignin: co to je, základní vlastnosti a použití. Hydrolyzovaný lignin

Lignin (z latinského lignum - dřeva) je komplexní aromatický polymer přírodního původu. Látka je součástí rostlin a je produktem biosyntézy. Je to nejběžnější polymer na zemi po celulóze a hraje důležitou roli v přirozeném cyklu uhlíku. Předpokládá se, že lignin vznikl v průběhu evoluce, kdy pozemský způsob života nahradil vodní. Je to jako chitin v článkonožcích, určený k zajištění tuhosti a stability stonků a stonků rostlin. Dnes se dozvíme více o tom, co je lignin a jak se používá v moderním průmyslu.

Stručný popis

Hlavními složkami rostlinné tkáně jsou celulóza, hemicelulóza a lignin. Dřevo jehličnatých stromů obsahuje až 38% této látky, v listnatých stromech - až 25% av slámě obilovin - až 20%. Lignin se nachází v buněčných stěnách a extracelulárním prostoru, upevňuje celulózová vlákna. Spolu s hemicelulózou je navržen tak, aby zajistil mechanickou pevnost stromových kmenů. Navíc přírodní polymer je zodpovědný za těsnost buněčné stěny (pro živiny a vodu) a určuje barvu lignifikované tkáně. Lignin je chemicky a fyzicky pevně včleněn do struktury rostlinné tkáně, a proto je izolace odtud průmyslově velmi náročný inženýrský úkol.

Klasifikace

Protolignin je obvykle polymer obsažený v přírodní formě uvnitř rostliny a jeho technické deriváty, které se získávají extrakcí z rostlinné tkáně pomocí různých fyzikálně chemických metod. Tato látka není vyráběna speciálně, získává se jako odpad z biochemické výroby. Během fyzikálně-chemických účinků na lignin, jeho molekulové hmotnosti mnohokrát klesá a reakční aktivita se zvyšuje.

V odvětví hydrolýzy se hydrolyzuje lignin, který se také nazývá prášek.

Při výrobě celulózových forem polymeru rozpustný ve vodě. Pulpování se provádí především dvěma technologiemi: síranem (alkalickým) a siřičitanem (kyselinou). Alkalická metoda je častější. Lignin vyráběný ve výrobě síranů se nazývá sulfát a je využíván hlavně v elektrárnách buničiny. Ale polymer získaný při výrobě siřičitanu je tvořen ve formě roztoků lignosulfonátů, z nichž jedna se hromadí ve speciálních skladovacích zařízeních a druhá část kanalizace.

Zahraniční literatura obsahuje informace o separaci ligninu na bezsírnou a sírovou. Prvním typem je v podstatě hydrolytický polymer a druhý polymer vyráběný v průmyslu buničiny.

Podniky, které dostávají lignin jako vedlejší produkt, mají tendenci recyklovat. Nicméně hydrolýza a sulfátový lignín, stejně jako lignosulfonáty, lze nalézt na trhu jako samostatný výrobek. Nejběžnějším produktem založeným na této látce jsou palivové brikety. Neexistují žádné standardy pro technické ligniny, a proto podniky, které je kupují, předkládají své vlastní kvalitativní parametry.

Vzorec a vlastnosti

Z chemického hlediska je lignin podmíněným a generalizovaným pojmem. Stejně jako neexistují stejní lidé, neexistují žádné identické polymery. Předpokládá se, že složení ligninu zahrnuje atomy uhlíku, vodíku a kyslíku. Ligniny odvozené od různých rostlin se mohou významně lišit v chemickém složení. Látka má neurčitě velkou molekulu a mnoho různých funkčních skupin.

Základem všech typů ligninu je taková strukturní jednotka jako fenylpropan (C9H10). Rozdíly mezi druhy jsou způsobeny obsahem různých funkčních skupin. Z pohledu moderní vědy odpovídá odpověď na otázku, co je takový lignin: "Lignin je složitý trojrozměrný polymer, který má retikulární strukturu a aromatickou povahu, která je výsledkem polykondenzace řady monolignolů (skořicových alkoholů)."

Za normálních podmínek je látka špatně rozpustná jak ve vodě, tak v organických rozpouštědlech. V prostředí se může účastnit velkého počtu různých transformací a reakcí. Lignin je považován za biologicky aktivní. Se zvýšeným tlakem vykazuje plastické vlastnosti, zejména ve vlhkém stavu.

Recyklace v přírodě

Tento přírodní polymer se prakticky neabsorbuje v procesu trávení u vyšších zvířat. V přírodním prostředí jsou zodpovědné za zpracování všech druhů hub, hmyzu, bakterií a žížaly. Hlavní roli v tomto procesu šly na basidiomycetes. Patří sem druhy žijící na stromech (živé nebo mrtvé) a zpracování padlých listů. Mezi nimi jsou dokonce i jedlé houby: ústřice, houby, žampiony.

Lignin se degraduje působením oxidoreduktáz - extracelulárních enzymů hub. Jedná se především o lininolitické peroxidasy (ligninová a Mn-peroxidasa) a extracelulární oxidasy (lakase). Kromě toho ligninolytický komplex hub obsahuje pomocné enzymy, které produkují peroxid vodíku a enzymy aktivního kyslíku.

Hlavním produktem rozkladu ligninu v přírodních podmínkách je humus. Rozklad látky v přírodě se vyskytuje v přítomnosti prvků rostlinné tkáně, jako je celulóza a hemicelulóza.

Ekonomická hodnota

Asi 70 milionů tun technického ligninu se vyrábí ročně na světě. Navzdory skutečnosti, že se považuje za cennou chemickou surovinu, prodej látky je velmi slabý. Kvůli nedostatku ziskové technologie výroby není použití tohoto polymeru ekonomicky proveditelné. Například rozklad ligninu na méně složité chemické sloučeniny (benzen, fenol atd.) Je dražší než syntéza těchto sloučenin z ropy a plynu. Statistiky mezinárodního institutu Lgnin ukazují, že ve světě se na zemědělské, průmyslové a jiné potřeby využívají pouze 2% technických ligninů. V zásadě se používají k výrobě ligninových pelet, hnojiv a jiných výrobků s nízkou hmotností. Zbylých 98% je buď spáleno v elektrárnách, nebo prostě pohřbeno v pohřebištích.

Obtížnost průmyslového zpracování ligninu je spojena se složitostí své povahy, velkou variabilitou strukturních jednotek a jejich vazeb, stejně jako nestabilitou polymeru před chemickou a tepelnou expozicí. Odpad podniků neobsahuje přírodní polymer, ale látky obsahující lignin nebo směsi látek, které mají větší chemickou a biologickou aktivitu. Bez nečistot také nedělá.

Předpokládá se, že v blízkosti skladování ligninu není žádoucí žít. Látka je hořlavá a dobře spálená, s uvolňováním dusíkatých, sírových a jiných nepříjemných látek. Hasení skladů je omezeno jejich velkou velikostí a charakteristikami hoření polymeru. Některé studie potvrdily mutagenní aktivitu látky. Existují tedy všechny důvody k tvrzení, že technické ligniny v rovnováze národního hospodářství představují působivou, neustále rostoucí zápornou hodnotu.

Hydrolyzovaný lignin

Tento typ polymeru je práškovitá amorfní látka, jejíž hustota se pohybuje mezi 1,25-1,45 g / cm3 a barva se změní ze smetany na hnědou. Hydrolytický lignin má specifický zápach. Jeho molekulová hmotnost se může pohybovat od 5 do 10 tisíc. Hydrolyzovaný lignin obsahuje od 40 do 88% samotného lignínu. Zbývající podíl je rozdělen na: těžko hydrolyzovatelné polysacharidy (13-45%); pryskyřičné látky, stejně jako látky ligno-humního komplexu (5-19%); a popelových prvků (0,5 až 10%).

Lignin je netoxický. Má dobrou sorpční kapacitu. V suché formě je dobře hořlavý a v postřikové formě je to výbušná látka. Zapálení polymeru probíhá při teplotě 195 ° C a samozápalnost - 425 ° C.

Rozsah hydrolýzy ligninu je poměrně široký:

1. Výroba palivových briket.
2. Výroba paliva, včetně plynových generátorů pístů, s výrobou elektřiny.
3. Recyklace ligninu do biopaliv.
4. Výroba redukčních činidel pro kov a křemík, ve formě briket.
5. Sorbenty založené na ligninu, čištění městských a průmyslových odpadních vod, ropné produkty, těžší kovy a další.
6. Výroba uhlí včetně aktivovaných.
7. Sorbenty pro medicínu a veterinární ("Polyphepan" a další).
8. Suroviny pro syntézu nitroligninu, které se používají ke snížení viskozity jílových roztoků používaných při vrtání.
9. Převodníky při výrobě cihel a jiných keramických výrobků.
10. Plniva pro kompozitní materiály a plasty.
11. Výroba ligninových hnojiv (organických a organických minerálů), jakož i herbicidů při pěstování luštěnin.
12. Výroba kyselin (octová a šťavelová) a fenol.
13. Doplněk k asfaltovému betonu.

Lignosulfonáty

Jsou to ligninové sulfo deriváty, které jsou rozpustné ve vodě a tvoří se během delignifikace sulfátu dřeva. Jedná se o sodné soli lignosulfonových kyselin smíchané s příměsemi minerálních a redukčních látek.

Průmyslové lignosulfonáty se získají odpařením desulfurizovaného siřičitého roztoku. Vyrábějí se ve formě koncentrátů tuhých nebo kapalných sulfitových alkoholů, s molární hmotnost od 200 do 60 000. Látky mají vysokou povrchovou aktivitu, takže se používají jako povrchově aktivní látky (surfaktanty).

Hlavní aplikace:

1. Chemický průmysl . Ve formě stabilizátorů, dispergátorů a pojiv, při výrobě briketovaných přípravků na ochranu rostlin.
2. Ropný průmysl. Jako činidlo pro úpravu parametrů vrtných kapalin.
3. Slévárna. Jako pojivo pro formování sloučenin a přísad do nátěrových hmot s vlastnostmi nelepivosti.
4. Výroba betonu a žáruvzdorných materiálů. Jako změkčovadlo.
5. Ve výstavbě. Aby byly materiály a půdy nejlepších pevnostních vlastností a jako emulgátor pro silniční směsi.
6. Zemědělství a lesnictví. K ochraně půdy před erozí.
7. Výroba vanilinu. Jako surovina.

Síranový lignin

Tento typ přírodního polymeru je roztok sodných solí, který má vysokou hustotu a chemickou odolnost. Po vyschnutí má prášková látka hnědou barvu. Průměr částic se může lišit v poměrně široké šířce - 10 mikronů - 5 mm. Prášek sestává z jednotlivých částic sférického tvaru a jejich komplexů. Hustota sulfátového lignínu je 1300 kg / m3. Látka je rozpustná ve vodných roztocích hydroxidů alkalických kovů dioxin, vodné roztoky amoniaku, ethylenglykolu, furfuralu, pyridinu a dimethylsulfoxidu. Během tepelného zpracování se polymer rozkládá tak, že tvoří těkavé látky. Látka se považuje za prakticky netoxický výrobek. Používá se ve formě vlhké pasty.

Pokyny pro použití ligninu (sulfátu):

1. Suroviny ve výrobě plastů a fenolformaldehydových pryskyřic.
2. Binder. Lignin jako lepidlo se používá při výrobě lepenky, papíru, vlákniny a dřevotřískové desky.
3. Modifikátorová přísada pro gumu a latex.
4. Stabilizátor pro chemické pěny.
5. Plastifikátor pro beton, stejně jako žáruvzdorné a keramické výrobky.
6. Suroviny pro výrobu odlehčovacích uhlí.

Perspektivy

Když jsme se dozvěděli, co je to lignin, promluvme si trochu o vyhlídkách na jeho průmyslové využití. Technologie zpracování a delignifikace surovin obsahujících celulózu je spojena s velkými kapitálovými investicemi a z hlediska ekologie není zcela příznivá. Vědci po celém světě již dlouho pracují na vytvoření vysoce efektivních způsobů organizování celulózy a biochemické výroby, ale jejich vývoj dosud nebyl široce uplatněn. Přesto se do průmyslu dostalo řady vývoje v oblasti využití čerstvého a skladovaného ligninu v různých letech. Tyto otázky mají zvláštní význam vzhledem k rostoucímu zájmu o potírání problémů životního prostředí a využívání celého spektra rostlinných materiálů. Odmítnutí vyhlídky využití ligninu v průmyslu a zemědělství by tedy bylo špatné.

Úroveň výroby a spotřeby celulózy a dalších biochemických produktů pro velké země je považována za nejdůležitější ukazatel ekonomického vývoje. Samozřejmě nebiochemisté rozhodujícím způsobem přispívají ke zhoršení ekologické situace. Nicméně v místech, kde takové podniky působí, může být jejich role v znečištění životního prostředí značně významná.

Závěr

Dnes jsme odpověděli na otázku: "Lignin: co to je?" Jako shrnutí lze poznamenat, že lignin je přirozeně se vyskytující aromatický polymer, který je součástí rostlin a je produktem biosyntézy. Formy látek získaných v oboru hydrolýzy a buničiny nalezly široké uplatnění. Nicméně otázka úplného zpracování technických ligninů ještě nebyla vyřešena.