Lignina: cos'è, le proprietà e gli usi di base. Lignina idrolizzata

La lignina (dal latino lignum - legno) è un polimero aromatico complesso di origine naturale. La sostanza è una parte delle piante ed è un prodotto della biosintesi. È il polimero più comune sulla terra, dopo la cellulosa, e svolge un ruolo importante nel ciclo del carbonio naturale. Si ritiene che la lignina sia sorto nel corso dell'evoluzione, quando la modalità terrestre della vita ha sostituito quella acquatica. È come la chitina negli artropodi, progettata per garantire la rigidità e la stabilità degli steli e dei gambi delle piante. Oggi impareremo di più su cos'è la lignina e come viene utilizzata nell'industria moderna.

Breve descrizione

I componenti principali del tessuto vegetale sono cellulosa, emicellulosa e lignina. Il legno di conifere contiene fino al 38% di questa sostanza, negli alberi a foglia caduca - fino al 25%, e nella paglia di cereali - fino al 20%. La lignina si trova nelle pareti cellulari e nello spazio extracellulare, fissando le fibre di cellulosa. Insieme a emicellulosa, è progettato per garantire la resistenza meccanica dei tronchi d'albero. Inoltre, il polimero naturale è responsabile della tenuta pareti cellulari (per sostanze nutritive e acqua) e determina il colore del tessuto lignificato. La lignina è incorporata chimicamente e fisicamente nella struttura del tessuto vegetale, quindi isolarla da lì a livello industriale è un compito ingegneristico molto difficile.

classificazione

Di solito, la protolignina è un polimero che è contenuto in una forma naturale all'interno di una pianta, e i suoi derivati ​​tecnici, che sono ottenuti per estrazione dal tessuto vegetale, usando vari metodi fisico-chimici. Questa sostanza non è prodotta in modo specifico, ma è ottenuta come rifiuto della produzione biochimica. Durante gli effetti fisico-chimici su lignina, è peso molecolare diminuisce molte volte e l'attività di reazione aumenta.

Nell'industria dell'idrolisi viene idrolizzata la lignina, che viene anche chiamata polvere.

Nella produzione di forme di cellulosa del polimero, solubile in acqua. La spappolatura viene effettuata principalmente con due tecnologie: solfato (alcalino) e solfito (acido). Il metodo alcalino è più comune. La lignina prodotta nella produzione di solfato è chiamata solfato, rispettivamente, ed è utilizzata principalmente nelle centrali elettriche di fabbriche di pasta per carta. Ma il polimero ottenuto nella produzione di solfiti si forma sotto forma di soluzioni di lignosulfonati, una parte dei quali si accumula in appositi magazzini e l'altra parte va a delle acque reflue.

La letteratura straniera contiene informazioni sulla separazione della lignina in zolfo e sulfureo. Il primo tipo, in sostanza, è un polimero idrolitico, mentre il secondo è un polimero prodotto nell'industria della polpa.

Le imprese che ricevono lignina come sottoprodotto tendono a riciclarla. Tuttavia, l'idrolisi e la lignina solfata, così come i lignosolfonati, possono essere trovati sul mercato come voce di prodotto separata. Il prodotto più comune basato su questa sostanza è bricchette di combustibile. Non ci sono standard per i lignini tecnici, quindi le imprese che li acquistano propongono i propri parametri di qualità.

Formula e proprietà

Da un punto di vista chimico, la lignina è un concetto condizionale e generalizzato. Proprio come non ci sono persone identiche, non ci sono polimeri identici. Si presume che la composizione di lignina includa atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno. Le lignine derivate da diverse piante possono variare in modo significativo nella composizione chimica. Una sostanza ha una molecola indefinitamente grande e molti diversi gruppi funzionali.

La base di tutti i tipi di lignina è una unità strutturale come il fenilpropano (C ₉ H ₁₀ ). Le differenze tra le specie sono dovute al contenuto di diversi gruppi funzionali. Dal punto di vista della scienza moderna, la risposta alla domanda su che cosa sia una tale lignina si presenta così: "La lignina è un polimero tridimensionale complesso che ha una struttura reticolare e una natura aromatica, risultante dalla policondensazione di un certo numero di monolignoli (alcoli di cannella)."

In condizioni normali, la sostanza è scarsamente solubile in acqua e solventi organici. Nell'ambiente, può partecipare a un gran numero di varie trasformazioni e reazioni. La lignina è considerata biologicamente attiva. Con l'aumento della pressione, mostra proprietà plastiche, specialmente allo stato umido.

Riciclaggio in natura

Questo polimero naturale non viene praticamente assorbito nel processo di digestione negli animali superiori. Nell'ambiente naturale, tutti i tipi di funghi, insetti, batteri e lombrichi sono responsabili della sua elaborazione. Il ruolo principale in questo processo è andato ai basidiomiceti. Questi includono specie che vivono sugli alberi (vivi o morti) e che lavorano le foglie cadute. Tra di loro ci sono anche funghi commestibili: funghi ostrica, funghi, champignon.

La lignina è degradata dall'azione delle ossidoriduttasi - enzimi extracellulari dei funghi. Questi includono principalmente perossidasi lininolitiche (lignina e Mn-perossidasi) e l'ossidasi extracellulare (laccasi). Inoltre, il complesso ligninolitico dei funghi comprende enzimi ausiliari che producono perossido di idrogeno e enzimi attivi dell'ossigeno.

Il prodotto principale della decomposizione della lignina in condizioni naturali è l'humus. La decomposizione di una sostanza in natura avviene in presenza di elementi di tessuto vegetale come la cellulosa e l'emicellulosa.

Valore economico

Circa 70 milioni di tonnellate di lignina tecnica vengono prodotte ogni anno nel mondo. Nonostante sia considerato una preziosa materia prima chimica, la vendita della sostanza è molto debole. Inoltre, a causa della mancanza di una tecnologia produttiva redditizia, l'uso di questo polimero non è economicamente fattibile. Ad esempio, la decomposizione della lignina in composti chimici meno complessi (benzene, fenolo, ecc.) È più costosa rispetto alla sintesi di questi composti da petrolio e gas. Le statistiche dell'Istituto internazionale di Lgnin mostrano che nel mondo solo il 2% delle lignine tecniche viene utilizzato per esigenze agricole, industriali e di altro tipo. Fondamentalmente, sono usati per produrre pellet di lignina, fertilizzanti e altri prodotti a basso tonnellaggio. Il restante 98% viene bruciato in centrali elettriche o semplicemente sepolto in cimiteri.

La difficoltà della lavorazione industriale della lignina è associata alla complessità della sua natura, alla grande variabilità delle unità strutturali e ai loro collegamenti, nonché all'instabilità del polimero prima dell'esposizione chimica e termica. Lo spreco di imprese non contiene un polimero naturale, ma sostanze contenenti lignina o miscele di sostanze che hanno una maggiore attività chimica e biologica. Anche senza le impurità non lo fa.

Si ritiene che vicino alla conservazione della lignina non sia desiderabile vivere. La sostanza è infiammabile e ben bruciata, con il rilascio di composti azotati, solforati e altri composti sgradevoli. L'estinzione dei depositi è ostacolata dalle loro grandi dimensioni e dalle caratteristiche di combustione del polimero. Alcuni studi hanno confermato l'attività mutagena della sostanza. Pertanto, vi sono tutte le ragioni per affermare che i lignins tecnici nel bilancio dell'economia nazionale rappresentano un valore negativo impressionante e in costante crescita.

Lignina idrolizzata

Questo tipo di polimero è una sostanza amorfa polverosa, la cui densità varia tra 1,25-1,45 g / cm ³ e il colore varia da crema a marrone. La lignina idrolitica ha un odore specifico. Il suo peso molecolare può variare da 5 a 10 mila. La lignina idrolizzata contiene dal 40 all'88% della lignina stessa. La quota rimanente è suddivisa in: polisaccaridi difficilmente idrolizzabili (13-45%); sostanze resinose, nonché sostanze del complesso ligno-umico (5-19%); e elementi di cenere (0,5-10%).

La lignina non è tossica. Ha una buona capacità di assorbimento. In forma secca è ben combustibile, e in forma spray è una sostanza esplosiva. L'accensione del polimero avviene ad una temperatura di 195 ° C, e autoaccensione - 425 ° C.

La portata della lignina di idrolisi è piuttosto ampia:

1. Produzione di bricchette di combustibile.
2. Produzione di gas combustibile, compresi i generatori a pistone a gas, con generazione di elettricità.
3. Riciclando la lignina in biocarburanti.
4. Produzione di agenti riducenti per metallo e silicio, sotto forma di bricchette.
5. Sorbenti a base di lignina, purificanti effluenti urbani e industriali, prodotti petroliferi, metalli pesanti e altro ancora.
6. Produzione di carbone, anche attivato.
7. Sorbenti per medicina e veterinaria ("Polyphepan" e altri).
8. Materie prime per la sintesi di nitrolignina, che viene utilizzata per ridurre la viscosità delle soluzioni di argilla utilizzate durante la perforazione.
9. Convertitori nella fabbricazione di mattoni e altri prodotti ceramici.
10. Riempitore per materiali compositi e materie plastiche.
11. Produzione di fertilizzanti di lignina (minerali organici e organici), nonché erbicidi nella coltivazione di legumi.
12. Produzione di acidi (acetico e ossalico) e fenolo.
13. Additivo per asfalto calcestruzzo.

lignosolfonati

Sono derivati ​​di lignosolfuro, che sono solubili in acqua e si formano durante la delignificazione del legno del solfato. Si tratta di sali di sodio di acidi lignosolfonici miscelati con additivi minerali e sostanze riducenti.

I lignosolfonati industriali sono ottenuti per evaporazione del solfito desolforizzato. Sono prodotti sotto forma di concentrati di boli solfito-alcolici solidi o liquidi, con massa molare da 200 a 60 000. Le sostanze hanno un'elevata attività superficiale, quindi sono utilizzate come tensioattivi (tensioattivi).

Principali applicazioni:

1. Industria chimica Sotto forma di stabilizzanti, disperdenti e leganti, nella produzione di prodotti per la protezione delle piante con bricchette.
2. Industria petrolifera Come reagente per la regolazione dei parametri dei fluidi di perforazione.
3. Fonderia. Come legante per lo stampaggio di composti e additivi per vernici con proprietà antiaderenti.
4. La produzione di calcestruzzo e refrattari. Come una miscela plastificante.
5. In costruzione Per conferire ai materiali e ai terreni le migliori caratteristiche di resistenza e come emulsionante per i mix stradali.
6. Agricoltura e silvicoltura. Per proteggere il suolo dall'erosione.
7. Produzione di vanillina Come materia prima

Lignina solfato

Questo tipo di polimero naturale è una soluzione di sali di sodio, che ha un'alta densità e resistenza chimica. Una volta asciutto, la sostanza in polvere ha un colore marrone. Il diametro delle particelle può variare in un corridoio abbastanza ampio - 10 micron-5 mm. La polvere consiste di singole particelle di forma sferica e dei loro complessi. La densità della lignina solfata è di 1300 kg / m ³ . La sostanza è solubile in: soluzioni acquose di idrossidi metalli alcalini diossina, soluzioni acquose di ammoniaca, glicole etilenico, furfurale, piridina e dimetilsolfossido. Durante il trattamento termico, il polimero si decompone per formare sostanze volatili. La sostanza è considerata un prodotto praticamente non tossico. È usato sotto forma di pasta umida.

Istruzioni per l'uso di lignina (solfato):

1. Materie prime per la produzione di materie plastiche e resine fenolo-formaldeide.
2. Binder. La lignina come adesivo viene utilizzata nella produzione di cartone, carta, fibra e truciolato.
3. Additivo modificatore per gomma e lattice.
4. Stabilizzatore per schiume chimiche.
5. Plastificante per calcestruzzo, ma anche refrattari e prodotti ceramici.
6. Materie prime per la produzione di carboni accesi.

prospettive

Avendo imparato cos'è lignina, parliamo un po 'delle prospettive per il suo uso industriale. La tecnologia di elaborazione e delignificazione delle materie prime contenenti cellulosa è associata a grandi investimenti di capitale e non è del tutto favorevole dal punto di vista dell'ecologia. Gli scienziati di tutto il mondo lavorano da tempo per creare metodi altamente efficienti di organizzazione della produzione di cellulosa e biochimica, ma il loro sviluppo non ha ancora trovato ampia applicazione. Tuttavia, sono stati introdotti nell'industria molti sviluppi nel campo dell'utilizzo di lignina fresca e immagazzinata in anni diversi. Questi problemi sono di particolare rilevanza alla luce del crescente interesse nella lotta contro i problemi ambientali e l'uso dell'intero spettro di materiali vegetali. Quindi, negare la possibilità di utilizzare la lignina nel settore industriale e agricolo sarebbe sbagliato.

Il livello di produzione e consumo di cellulosa e altri prodotti di biochimica, per i grandi paesi, è considerato l'indicatore più importante dello sviluppo economico. Certo, i non biochimici contribuiscono in modo decisivo al deterioramento della situazione ecologica. Tuttavia, nei luoghi in cui operano tali imprese, il loro ruolo nell'inquinamento ambientale può essere piuttosto significativo.

conclusione

Oggi abbiamo risposto alla domanda: "Lignina: che cos'è?" Come riassunto, si può notare che la lignina è un polimero aromatico presente in natura che fa parte delle piante ed è un prodotto della biosintesi. Forme di sostanze ottenute nell'industria dell'idrolisi e della cellulosa, hanno trovato ampia applicazione. Tuttavia, la questione della completa elaborazione dei lignins tecnici non è stata ancora risolta.