Проектант
Размещение
рекламы





@proektant.
 
ГЛАВНЫЕ НОВОСТИ
 

С 11 по 13 октября состоится выставка «Энергосбережение и строительство - 2018» в Запорожье

Запрошуємо Вас до участі у 15-й міжрегіональній спеціалізованій виставці «БУДІВНИЦТВО ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ - 2018»! Пріоритетним завданням є переоснащення підприємств новим обладнанням, модернізація ЖКГ, виховання в населення заощадливого відношення до енергетичних ресурсів. Таким ефективним інструментом є виставковий майданчик, що наочно презентує ці технології, дає можливість продуктивному бізнес-діалогу, а також безпосередньому спілкуванню між виробниками та споживачами.

С 9 по 12 октября состоится выставка «Технологии защиты/ПожТех - 2018» в Киеве

Экспозиция Выставки – это уникальная бизнес-платформа для презентации новых продуктов и рекламы уже имеющих спрос товаров среди целевой аудитории со всей Украины: от технического персонала до топ-менеджеров производственной и торговой сфер, государственных структур. Здесь можно узнать об изменяющихся потребностях рынка из «первых рук», продемонстрировать преимущества оборудования не только в статике, но и в действии во время демонстрационных показов на открытой площадке.

ПОИСК ПО САЙТУ
новости, статьи, объявления, информация
Поиск осуществляется только по страницам разделов «Инфо», «Новости», «Статьи»

Лигнин. Что такое лигнин, происхождение, получение, свойства и применение лигнина

Источник информации: Сайт «Сетевая Академия Мебели»

Размещено 01.06.2010


 


Происхождение и получение лигнина


Лигнин от лат. lignum - дерево, - сложный (сетчатый) ароматический природный полимер входящий в состав наземных растений, продукт биосинтеза. После целлюлозы, - лигнин самый распространенный полимер на земле, играющий важную роль в природном круговороте углерода. Возникновение лигнина в произошло в ходе эволюции при переходе растений от водного к наземному образу жизни для обеспечения жесткости и устойчивости стеблей и стволов (подобно хитину у членистоногих).


На английском и немецком языках лигнин - lignin, реже lignen или lignine.


лигнинКак известно, растительная ткань состоит главным образом из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. В древесине хвойных пород содержится 23-38 % лигнина, в лиственных породах - 14-25%, в соломе злаков 12-20% от массы. Лигнин расположен в клеточных стенках и межклеточном пространстве растений и скрепляет целлюлозные волокна.


Вместе с гемицеллюлозами он определяет механическую прочность стволов и стеблей. 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 инкорпорирован в структуре растительной ткани и эффективное выделение его оттуда промышленными методами представляет весьма сложную инженерную задачу.


Принято различать протолигнин, - лигнин содержащийся внутри растения в его естественной форме, и технические его формы, полученные извлечением из растительной ткани при помощи различнных физикохимических методов. Лигнин не изготавливают специально; 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.


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 английской литературе выделяют также:


- бессернистый лигнин - sulfur-free lignin (гидролизный лигнин);

- сернистый лигнины - sulfur lignin (т.е. лигнин с целлюлозных производств).


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.


формулаФормула и химические свойства лигнина


В химическом смысле лигнин - понятие условное и обобщающее. Как нет двух одинаковых людей, так и нет двух одинаковых лигнинов.


Принято считать, что молекула лигнина состоит из атомов углерода, кислорода и водорода.


В литературе встречается несколько вариантов формулы лигнина.


На рисунке приведено представление химической структуры лигнина рекомендуемое Международным институтом лигнина (ILI - International Lgnin Institute).


Лигнины получаемые из разных растений значительно отличаются друг от друга по химическому составу.


Молекула лигнина 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.


формулыВ соотвествие с современными познаниями лигнин - сложный трехмерный сетчатый полимер, имеющий ароматическую природу, получающийся в результате поликонденсации нескольких монолигнолов - коричных спиртов (паракумарового, конеферилового, синапового), см. формулы.


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


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


Утилизация лигнина в природе


Лигнин практически не усваивается при пищеварении у высших животных; в природе его переработкой заняты различные грибы, насекомые, земляные черви и бактерии. Главную 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 листовой опад. Среди лигнинолитических грибов есть съедобные (опенок, вешенка, шампиньон).


Деградация полимерного лигнина происходит под воздействием внеклеточных ферментов-оксидоредуктаз грибов. К данным ферментам в первую очередь относятся лининолитические пероксидазы: лигнин-пероксидаза и Mn-пероксидза, а так же внеклеточная оксидаза – лакказа. Так же лигнинолитичекий комплекс грибов содержит вспомогательные ферменты, в первую очередь производящие перекись водорода для пероксидаз и активные фермы кислорода. Сюда включают такие ферменты как пиранозооксидаза, глюкзооксидаза, глиоксальоксидаза, алклгольарилоксидаза и целлобиозозодегидрогеназа.


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


Экономическое значение лигнина


Ежегодно в мире получается около 70 млн. тонн технических лигнинов. В энциклопедиях пишут о том, что лигнин является ценным источником химического сырья. К сожалению, пока это сырье организационно, экономически и технически не слишком и не всегда доступно.


Например, 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 International Lgnin Institute в мире используется на промышленные, сельскохозяйственные и др. цели не более 2% технических лигнинов. Остальное сжигается в энергетических установках или захоранивается в могильниках.


Трудность промышленной переработки лигнина обусловлена сложностью его природы, многовариантностью структурных звеньев и связей между ними, а также нестойкостью этого природного полимера, необратимо меняющего свойства в результате химического или термического воздействия. Как было указано выше в отходах предприятий содержится не природный протолигнин, а в значительной степени измененные лигниносодержащие вещества или смеси веществ, обладающие большой химической и биологической активностью. Кроме того они загрязнены и др. веществами. Считается, что жить около «лигнохранилищ» не совсем полезно. Они имеют неприятное свойство самовозгораться с выделением сернистых, азотистых и др. вредных соединений, а тушение их крайне затруднено в связи с большими их размерами и особенностями процесса горения. На фото слева «лигнохранилище», справа - горящий лигнин.


 лигнохранилищегорящий лигнин


В некоторых исследованиях отмечается мутагенная активность технических лигнинов.


Таким образом в народохозяйственном балансе технические лигнины пока представляют собой значительную и постоянно растущую отрицательную величину.


Свойства 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 5000-10000. Размеры частиц лигнина от нескольких миллиметров до микронов(и меньше). 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 - хорошогорючее вещество, в распыленном виде может быть взроопасен. 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 425oС и температура тления 185oС. Температура самовоспламенения: аэрогеля лигнина 300°С, аэровзвеси 450°С; нижнний концентрационный предел распространения пламени 40 г/м3; максимальное давление взрыва 710 кПа; максимальная скорость нарастания давления 35 МПа/с; минимальная энергия зажигания 20 мДж; минимальное взрывоопасное содержание кислорода 17% .


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 газопоршневых газогенераторах;

- котельное топливо;

- производство брикетированных восстановителей для металлов и кремния;

- 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);

- сырье для выработки нитролигнина (понизителя 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, структурообразователей 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).


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 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;

- 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, антислеживатель.


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 удельно 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.


В сульфатном лигнине промышленной выработки в среднем содержится, %: золы — 1,0—2,5, кислоты в расчете на серную — 0,1—0,3, водорастворимых веществ — 9, смолистых веществ — 0,3—0,4, лигнина Класона — около 85. Лигнин имеет достаточно постоянный функциональный состав. В сульфатном лигнине присутствует сера, массовое содержание которой составляет 2,0—2,5%, в том числе несвязанной — 0,4—0,9 %.


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


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


Направления использования сульфатного лигнина:


- сырье для производства фенолоформальдегидных смол и пластиков;

- связующее для бумажных плит, картонов, древесностружечных и волокнистых плит;

- добавка - модификатор каучуков и латексов;

- стабилизатор химических пен;

- пластификатор бетонов, керамических и огнеупорных изделий;

- сырье для производства активных осветляющих углей «типа коллактивита».


Литература о лигнине и его применениях


Лигнину и техническим лигнинам посвящена очень большая литература (десятки книг, сотни диссертационных работ и тысячи журнальных статей) на всех основных языках. Многие из них доступны и в интернете, см. например, «Лигнин» статья в Википедии.


Для получения первого впечатления можно использовать, например, следующие имеющиеся в сети книги:


- Химия лигнина, Ф.Э. Браунс, Д.А. Браунс, М. Лесная промышленность, 1964;

- Химия древесины и целлюлозы В.М.Никитин, А.В. Оболенская, В.П. Щеголев М. Лесная промышленность, 1978;

- Переработка сульфатного и сульфитного щелоков, под ред. П.Д. Богомолова и С.А. Сапотницкого, М. Лесная промышленность, 1989;

- Конструкионные материалы из лигнинных веществ, В.А. Арбузов, М. Экология, 1991.


Примечание. Существующие технологии переработки и делигнификации целлюлозного сырья связаны с большими капиталовложениями и не вполне совершенны с точки зрения экологии и др. факторов. Ученые давно изыскивают другие, более эффективные способы организации целлюлозных и биохимических производств, но пока эти разработки не нашли широких промышленных применений.


Многие противоречивые проблемы развития биохимических производств как в капле воды отражаются в проблеме Байкальского ЦБК, где идет многолетняя борьба за закрытие комбината. Возможно, что комбинат будет закрыт. Конечно, многие жители нашей страны хотели бы жить в столь же экологически чистом месте, как Прибайкалье и пить такую же чистую воду как из Байкала. К сожалению, это невозможно и не скоро будет возможно даже теоретически. На протяжении последних 100-150 лет освоенная территория нашей страны по разным причинам загрязняется быстрее, чем позволяют ее возможности к самоочищению. В какой то степени это плата за экономический прогресс, а в какой то - расплата за легкомыслие или жадность руководителей.


Уровень потребления и производства целлюлозы, бумаги и др. продуктов биохимии считаются для крупных стран важнейшими показателями развитости экономики в целом. Разумеется не биохимики вносят решающий вклад в загрязнение природы разнообразными отходами и вредными веществами, но там где есть крупные биохимические предприятия их вклад в загрязнение атмосферы и водных ресурсов может быть весьма существенным.


Очевидно, что руководители лесохимической подотрасли на протяжении десятилетий вполне успешно шантажировали государство, кажется что это явление продолжается и сейчас. Заложниками, как всегда, становятся работники предприятий, местные жители и «братья наши меньшие». Закрытие и перепрофилирование Приозерского ЦБК уже принесло заметное улучшение экологии Ладожского озера, однако большое количество приозерцев остаются без работы и по сей день, а город Приозерск находится в депрессивном состоянии.


Отрицать возможность использования лигнина в промышленности и сельском хозяйстве было бы неправильно. Десятилетиями сотни научных организаций во всем мире занимаются исследованиями и разработками в области утилизации свежеизвлеченного и хранимого лигнина. Многие из них в разные годы уже внедрены в промышленности. Дополнительную актуальность эти работы получают в свете возросшего в последние годы интереса к решению экологических проблем и к промышленному использованию всей гаммы растительных ресурсов (biorefinery).


Скорее всего решить проблемы рационального развития биохимических производств без государственного внимания не удастся, ибо рынок головы не имеет, а его нервные узлы как у дождевого червяка расположены в пищеводе. Что, собственно говоря, в очередной раз доказал «начавшийся в 2008 г.» экономический кризис. Произошел ли он при помощи знаменитой невидимой его руки или другого сокрытого члена значения не имеет.







СВЕЖИЕ СТАТЬИ



Контактные данные   |   Рекламно-информационные услуги   |   Размещение в Каталоге   |   Баннерная реклама   |   Статистика посещаемости