Лигнин


Лигнин
Изображение химической структуры
Общие
Традиционные названия Лигнин
Физические свойства
Состояние твёрдое вещество беловатого цвета[1]
Классификация
Рег. номер CAS 9005-53-2
Рег. номер EINECS 232-682-2
ChEBI 6457
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе
Внешние изображения
Фотография структуры лигнин-целлюлоза
Вид через электронный микроскоп[2]

Лигнин (от лат. lignum — дерево, древесина) — вещество, характеризующее одеревеневшие стенки растительных клеток. Сложное полимерное соединение, содержащееся в клетках сосудистых растений и некоторых водорослях[3].

Одеревеневшие клеточные оболочки обладают ультраструктурой, которую можно сравнить со структурой железобетона: микрофибриллы целлюлозы по своим свойствам соответствуют арматуре, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие, — бетону[4].

В анализе древесины лигнин рассматривают как её негидролизуемую часть. Древесина лиственных пород содержит 18—24 % лигнина, хвойных — 23—50 %, солома злаков — 12—20 %.[5]

Химический состав

Лигнин не является самостоятельным веществом, а представляет собой смесь ароматических полимеров родственного строения. Именно поэтому невозможно написать его структурную формулу. В то же время известно, из каких структурных единиц он состоит и какими типами связей эти единицы объединены в макромолекулу. Мономерные звенья макромолекулы лигнина называют фенилпропановыми единицами (ФПЕ), поскольку эти структурные единицы являются производными фенилпропана. Хвойный лигнин состоит практически целиком из гваяцилпропановых структурных единиц. В состав лиственного лигнина кроме гваяцилпропановых единиц входят в большом количестве сирингилпропановые единицы. В состав некоторых лигнинов, главным образом травянистых растений, входят единицы, не содержащие метоксильных групп — гидроксифенилпропановые единицы.

Лигнин — ценное химическое сырьё, используемое во многих производствах и в медицине[6].

Лигнин — один из основных компонентов, отвечающих за ванильный аромат старых книг. Лигнин, как и древесная целлюлоза, разлагается со временем в процессе окисления и придаёт старым книгам приятный запах[7].

Применение

Сульфатный лигнин ограниченно применяется в производстве полимерных материалов, фенолформальдегидных смол, и как компонент клеящих композиций в производстве ДСП, картона, фанеры и др. Гидролизный лигнин служит котельным топливом в лесохимических производствах, а также сырьём для получения гранулированного активированного угля, пористого кирпича, удобрений, уксусной и щавелевой кислот, наполнителей[8].

Сравнительно недавно лигнин был успешно использован в производстве полиуретановой пены[9].

В 1998 году в Германии фирмой «Текнаро»[10] был разработан процесс получения Арбоформа — материала, названного «жидкой древесиной». В 2000 г. под Карлсруэ был открыт завод по производству биопластика, сырьём для которого служит лигнин, волокна льна или конопли и некоторые добавки, также растительного происхождения. По своей внешней форме арбоформ в застывшем состоянии похож на пластик, но имеет свойства полированной древесины. Достоинством «жидкой древесины» является возможность её многократной переработки путём переплавки. Результаты анализа арбоформа после десяти циклов показали, что его параметры и свойства остались прежними[11][12].

Активированный путём щелочной обработки с последующей отмывкой и нейтрализацией лигнин используется для сбора разливов нефти и нефтепродуктов с водных и твёрдых поверхностей.

В медицине «гидролизный лигнин» зарегистрирован как международное непатентованное название (Ligninum hydrolisatum, Lignin hydrolised) и используется в качестве энтеросорбента[6]. Он также используется для тех же целей в ветеринарии.

Энтеросорбенты на основе лигнина связывают различные микроорганизмы, продукты их жизнедеятельности, токсины экзогенной и эндогенной природы, аллергены, ксенобиотики, тяжёлые металлы, радиоактивные изотопы, аммиак, двухвалентные катионы и выводятся через кишечник в неизменённом виде. Они компенсируют недостаток естественных пищевых волокон, положительно влияют на микрофлору толстого кишечника и на неспецифический иммунитет[6].

Пожароопасные свойства

Горючий порошок. Температура самовоспламенения: аэрогеля — 300 °C, аэровзвеси — 450 °C; нижний 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 % об.

Средства тушения: распылённая вода, воздушно-механическая пена[13].

Предпринимались попытки тушения горящего лигнина на полигоне закачиванием глинистого раствора в пробурённые скважины[14].

Лимнологическим институтом СО РАН разработана технология тушения горящего лигнина с использованием золошлаковых отходов ОАО «Иркутскэнерго», которая использовалась для тушения горящего лигнина на лигнинохранилище Зиминского гидролизного завода, начиная с 2005 года. Для тушения опытного участка было использовано 10 000 тонн золошлаков из золоотвала Зиминского участка Н-ЗТЭЦ, всего на золоотвале складировано порядка 262 000 тонн[15].

Для тушения лигнина шламы (отходы ТЭЦ) распыляются на полигоне с помощью гидропульпы и проникают в поверхностный слой лигнина на глубину до 30 см. Благодаря минеральной составляющей они препятствуют возникновению возгораний[16].

Примечания

  1. Lignin Архивная копия от 8 октября 2015 на Wayback Machine // Römpp Online[de].
  2. Maderas. Ciencia y tecnología - MECHANICALLY-INDUCED WOOD WELDING Архивная копия от 14 марта 2016 на Wayback Machine.
  3. Discovery of Lignin in Seaweed Reveals Convergent Evolution of Cell-Wall Architecture : [англ.] // Current Biology. — 2009. — № 19 (27 January). — P. 169—175. — doi:10.1016/j.cub.2008.12.031.
  4. БСЭ, 1973.
  5. Новиков О. Н. Пути глубокой переработки лигина по безотходной технологии. http://ecoalfa.ru (2014 год). Дата обращения: 6 февраля 2019. Архивировано 20 сентября 2018 года.
  6. 1 2 3 Лигнин гидролизный (Lignin hydrolised): инструкция, применение и формула. Энциклопедия лекарств и товаров аптечного ассортимента. РЛС Патент. — Инструкция, применение и формула.
  7. Ольга Юркина. Запах книги. Наша газета (13 января 2010). Архивировано 13 марта 2016 года.
  8. [www.xumuk.ru/encyklopedia/2312.html Лигнин — Химическая Энциклопедия]
  9. Green plastic produced from biojoule material (недоступная ссылка). BioJoule Technologies (12 июля 2007). Архивировано 10 февраля 2012 года.
  10. TECNARO GmbH — официальный сайт. Дата обращения: 17 октября 2012. Архивировано 29 августа 2012 года.
  11. Арбоформ — жидкая древесина. Дата обращения: 28 февраля 2010. Архивировано 29 июня 2009 года.
  12. Жидкая древесина вместо пластика (недоступная ссылка). Дата обращения: 28 февраля 2010. Архивировано 29 октября 2009 года.
  13. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2 ч. / Корольченко А. Я., Корольченко Д. А.. — М. : Асе. «Пожнаука», 2004. — Ч. 2. — С. 28.
  14. Для тушения лигнина в Иркутской области будет применяться новая технология. Ликвидация техногенных катастроф. ПЕРЕРАБОТКА МУСОРА Архивная копия от 13 мая 2008 на Wayback Machine.
  15. Иркутскэнерго Архивная копия от 15 июля 2007 на Wayback Machine.
  16. «Горящую» проблему — свежей идеей (недоступная ссылка). Иркутский научный центра СО РАН. Архивировано 29 мая 2007 года.

Литература