Лигнин

Лигнин от лат. lignum - дерево, - сложный (сетчатый) природный ароматический полимер, который входит в состав наземных растений. Это продукт биосинтеза. После целлюлозы, - это самый распространенный полимер на земле, играющий важную роль в природном круговороте углерода.

В ходе эволюции при переходе растений от водного к наземному образу жизни, для обеспечения жесткости и устойчивости стеблей и стволов, произошло возникновение лигнина (подобно хитину у членистоногих).

Лигнин обеспечивает герметичность клеточных стенок ( для воды и питательных веществ) и благодаря содержащимся в нем красителям определяет цвет одревесневевшей ткани.

Лигнин прочно физически и химически внедрен в структуру растительной ткани и очень непросто его оттуда выделить.

Различают протолигнин, - лигнин содержащийся внутри растения в его естественной форме, и технические его формы, полученные извлечением из растительной ткани при помощи физико-химических методов.

Лигнин специально не изготавливают. Он и его химически модифицированные формы являются отходами биохимического производства. В ходе физико-химической переработки растительной ткани молекулярная масса лигнина уменьшается в несколько раз, а его химическая активность возрастает.


Формула и химические свойства


Формула лигнина

В химическом смысле лигнин - понятие условное и обобщающее. Трудно найти два одинаковых лигнина. Лигнины, получаемые из разных растений, значительно отличаются друг от друга по химическому составу.

В литературе встречается неколько вариантов формулы лигнина. Считается, что молекула лигнина состоит из атомов углерода, кислорода и водорода.

На рисунке приведено представление химической структуры рекомендуемое Международным институтом лигнина.

Молекула этого вещества неопределенно велика и имеет много разнообразных функциональных групп.

Общей структурной единицей всех видов лигнина является фенилпропан (C9H10), а различия связаны с разным содержанием функциональных групп.

При нормальных условиях лигнин плохо растворяется в воде и органических растворителях. В химических технологиях и в окружающей среде он может участвовать в самых разнообразных химических реакциях и превращениях. Обладает биологической активностью.

Лигнин проявляет пластические свойства при повышенном давлении и температуре, особенно во влажном состоянии.

Лигнин почти не усваивается при пищеварении у высших животных; в природе его перерабатывают различные грибы, насекомые, земляные черви и бактерии. Основную роль в этом процессе играют грибы-базидиомицеты. К ним относятся многие грибы, живущие как на живых, так и на мёртвых деревьях, а так же грибы, разлагающие опавшие листья. Среди грибов которые перерабатывают лигнин есть съедобные -опенок, вешенка, шампиньон.

Основным продуктом разложения лигнина в природе является гумус. Декомпозиция лигнина в естественных условиях происходит в присутствии других элементов растительной ткани - целлюлозы и гемицеллюлозы.


Значение с точки зрения экономики


Ежегодно в мире получается около 70 млн. тонн технических лигнинов. Условно считается, что лигнин является ценным источником химического сырья. Но, пока это сырье не всегда доступно с экономической и технической точки зрения.

Разложение лигнина на более простые химические соединения (фенол, бензол и т.п.) при сравнимом качестве получаемых продуктов обходится дороже их синтеза из нефти или газа.

По данным Международного института лигнина (International Lignin Institute) в мире используется на промышленные, сельскохозяйственные и др. цели не более 2 % технических лигнинов. Остальное сжигается в энергетических установках или захоранивается в могильниках.

Лигнин трудно перерабатывать из-за его сложной природы, а также из-за нестойкости этого природного полимера, необратимо меняющего свойства в результате химического или термического воздействия.

В отходах предприятий содержится не природный протолигнин, а сильно измененные лигниносодержащие вещества, обладающие большой химической и биологической активностью. Кроме того, они загрязнены и др. веществами. Считается, что жить около "лигнохранилищ" вредно. Они могут самовозгораться с выделением сернистых и азотистых соединений. В некоторых исследованиях отмечается мутагенная активность технических лигнинов.

В гидролизной промышленности получают порошковый т.н. гидролизный лигнин.

В целлюлозном производстве образуются водорастворимые формы лигнина. Существуют две основные технологии варки целлюлозы, более распространенная сульфатная варка (щелочная) и менее употребляемая сульфитная (кислотная) варка. Лигнин получаемый в сульфатном производстве, т.н. сульфатный лигнин в большой степени утилизируется в энергетических установках целлюлозных заводов.

В сульфитном производстве образуются растворы сульфитных лигнинов ( лигносульфонатов), часть которых накапливается в лигнохранилищах, а часть уходит со сточными водами предприятия в реки и озера.

В той или иной степени утилизацией лигнина занимаются сами производящие его предприятия, но гидролизный лигнин, сульфатный лигнин и лигносульфонаты присутствуют на рынке и как товарные продукты. Международных или российских стандартов на технические лигнины не существует и они поставляются по различным заводским техническим условиям.


Cвойства гидролизного лигнина


Гидролизный лигнин - аморфное порошкообразное вещество с плотностью 1,25-1,45 г/см3 от светло-кремового до темно-коричневого цвета со специфическим запахом. Молекулярная масса 5000 - 10 000.

Размеры частиц от нескольких микронов до миллиметров. Содержание в гидролизном лигнине собственно лигнина колеблется в пределах 40-88 %, трудногидролизуемых полисахаридов от 13 до 45 % смолистых и веществ лигногуминового комплекса от 5 до 19 % и зольных элементов - от 0.5 до 10 %.

Состав золы лигнина: Al2O3 – 1%; SiO2 – 93,4%; P2O5 – 1,5 %; CaO – 1,5%; Na2O – 0,3%; K2O – 0,3%; MgO – 0,3%; TiO2 – 0,1%.

Лигнин нетоксичен, обладает хорошей сорбционной способностью.

В сухом виде – хорошо горючее вещество, в распыленном виде может быть взрывоопасен. Содержание твердого углерода до 30 %. Теплотворная способность сухого лигнина 5500-6500 ккал/кг и близка к калорийности условного топлива (7000 ккал/кг). Температура воспламенения лигнина 195 °С, температура самовоспламенения 425 °С и температура тления 185 °С.

Некоторые направления применения гидролизного лигнина:


• производство топливных брикетов, в т.ч. в смеси с опилками, угольной и торфяной пылью;
• производства топливного газа, в т.ч с выработкой электроэнергии в газогенераторах;
• котельное топливо;
• производство брикетированных восстановителей для металлов и кремния;
• сырье для выработки нитролигнина (для понижения вязкости глинистых растворов, применяемых при бурении скважин);
• наполнитель для пластмасс и композиционных материалов, связующее для композиционных материалов ("Арбоформ", лигноплиты и т.п.);
• приготовление органических и органо-минеральных удобрений, стуктурообразователей для естественных и искусственных почв;
• гербицид при возделывании некоторых культур (бобовых);
• сырье для производства фенола, уксусной и щавелевой кислот;
• добавка в асфальтобетоны (приготовление лигнино-битумных смесей и пр);
• производство углей, в т.ч. активированных;
• сорбенты для очистки городских и промышленных стоков, сорбенты для разлитых нефтепродуктов, сорбенты тяжелых металлов, технологические сорбенты;
• сорбенты медицинского и ветеринарного назначения ( "Полифепан" и т.п.);
• порообразователь в производстве кирпича и др. керамических изделий (взамен опилок и древесной муки).


Лигносульфонаты


Лигносульфонаты - водорастворимые сульфопроизводные лигнина, образующиеся при сульфитном способе делигнификации древесины представляющие собой натриевые соли лигносульфоновых кислот с примесью редуцирующих и минеральных веществ.

Товарные лигносульфонаты получают упариванием обессахаренного сульфитного щелока и выпускают в виде жидких и твердых концентратов сульфитно-спиртовой барды (мол. масса от 200 до 60 тыс. и более), содержащих 50-90% сухого остатка. Лигносульфонаты имеют высокую поверхностную активность, что позволяет использовать их в качестве ПАВ в различных отраслях промышленности, например:


• в производстве бетонов и огнеупоров - в качестве пластификатора смесей;
• в строительстве для укрепления низкопрочных материалов и грунтов, а также для обеспыливания покрытий дорожных покрытий, в качестве эмульгатора в дорожных эмульсиях;
• в сельском и лесном хозяйстве для противоэррозиооной обработки почв;
• в качестве сырья для производства ванилина;
• добавка для гранулирования пылящих материалов, антислеживательв химической промышленности - в качестве стабилизатора, диспергатора, связующего в производстве брикетированных средств защиты растений;
• в нефтедобывающей промышленности - в виде реагента для регулирования свойств буровых растворов;
• в литейном производстве - в качестве связующего материала формовочных смесей, добавки к противопригарным краскам.


Сульфатный лигнин


Представляет собой раствор натриевых солей, характеризующихся высокой плотностью и химической стойкостью. Сульфатный лигнин в сухом виде представляет собой порошок коричневого цвета. Размер частиц лигнина, колеблется в широком интервале от 10 (и менее) мкм до 5 мм. Он состоит из отдельных пористых шарообразных частиц и их комплексов с удельной поверхностью до 20 м2/г.

Сульфатный лигнин имеет плотность 1300 кг/м3. Он растворим в водных растворах аммиака и гидроксидов щелочных металлов, а также в диоксане, этиленгликоле, пиридине, фурфуроле, диметилсульфоксиде.

Термическая обработка сульфатного лигнина вызывает его разложение с образованием летучих веществ начиная с температуры 190 °С.

Сульфатный лигнин отнесен к практически нетоксичным продуктам, применяемый в виде влажной пасты не пылит и не пожароопасен.

Направления использования сульфатного лигнина:


• пластификатор бетонов, керамических и огнеупорных изделий;
• сырье для производства активных осветляющих углей " типа коллактивита";
• сырье для производства фенолоформальдегидных смол и пластиков;
• связующее для бумажных плит, картонов, древесностружечных и волокнистых плит;
• добавка - модификатор каучуков и латексов;
• стабилизатор химических пен.

 

GSM сигнализация

GSM сигнализация для дачи

Перейти на сайт signalka-1.ru