Использование лигнина

Лигнин – органическое полимерное соединение, содержащееся в клеточных оболочках растений. Вызывает их одревеснение. Содержание – в хвойных породах — до 50%, лиственных – (20-30 %). Лигнин считается нежелательным компонентом бумаги, поскольку он способствует её пожелтению. Чтобы избежать этого, требуются значительные усилия для его удаления из древесной массы.

Лигнин является одним из наиболее механически и химически стойких природных полимеров и обладает очень интересными свойствами.

Лигнин — второй по распространенности природный полимер на Земле, уступая только целлюлозе. Это органическое вещество, которое при встраивании в клеточную стенку растения вызывает одревеснение клетки. Содержание лигнина в хвойных деревьях выше, чем в лиственных. Благодаря лигнину древесина обладает с высокой прочностью на сжатие и растяжение.

Лигнин химически нестоек, легко окисляется, взаимодействует с хлором, растворяется при нагревании в щелочах, водных растворах сернистой кислоты и её кислых солей.

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%.

В промышленности главным образом образуются два вида лигнина: гидролизный (бессернистый лигнин) и сульфатный (сернистый лигнин).

Гидролизный лигнин

В огромных аппаратах, куда засыпаны опилки и щепки, идет процесс гидролиза. Древесина отдавая глюкозу, превращается в коричневый порошок — лигнин.

Гидролизный лигнин представляет собой твердый (пастообразный) остаток после обработки древесины или другого растительного сырья раствором серной кислоты. Содержит измененный (после химической реакции) лигнин растительной клетки, моносахара, минеральные и органические кислоты, зольные элементы (соотношение перечисленных компонентов зависит от применяемого сырья и колеблется в широких пределах).

Из него можно получить редкие и ценные химикаты. Из лигнина экономически выгодно получать в промышленном масштабе:

• активные угли, как газовые, так и осветляющие;
• нитролигнин для расжижения глинистых растворов в нефтяной промышленности взамен дорогостоящих препаратов;
• хлорлигнин для осаждения редких металлов, находящихся в растворах;
• синтетические смолы, где треть фенола заменяется гидролизным лигнином;
• смолы для приготовления пульвенрбакелита из которого делают формы для коркового литья;
• активированный лигнин как усилитель синтетических каучуков (лигнонаполенный каучук дешевле и в 8-10 раз прочнее, чем ненаполненный);
• термоизоляционные лигноволокнистые плиты в качестве удобного и дешевого строительного материала и многое другое.

Лигнин имеет способность переходить в вязкопластичное состояние, богат азотом (0,5 кг свободного азота на тонну).

Норматив образования лигнина — 0,3-0,4 т/т продукции гидролизного производства.

Сульфатный лигнин

Сульфатный лигнин образуется при сульфатной варке древесины. Сульфатный лигнин в большой степени используется в качестве топлива в энергетических установках целлюлозных заводов.

Для производства коллактивитов сульфатный лигнин влажностью не выше 6 % обрабатывают в течение 10 мин 95 — 96 % — ной серной кислотой при температуре 200 С. Количество кислоты составляет 400 % массы сухого лигнина.

Направления использования

• В качестве восстановителя в металлургии.
• В производстве крупногранулированного угля, нитролигнина, сунила, игетана, коллактевита, фурфурола.
• В качестве обесцвечивающего и очищающего вещества в химической, фармацевтической и пищевой промышленностях.
• В качестве сорбента для технологий очистки по типу активных углей.
• В сельском хозяйстве — в качестве органического удобрения в сочетании с известью и другими добавками.
• Как топливо (в брикетах) — для бытовых и технических нужд.

По осветляющим свойствам коллактивит из лигнина равноценен активному углю, а по себестоимости значительно дешевле.

Гранулированный лигниновый уголь по своей реакционной способности ничуть не уступает древесному, а производство его более рентабельно благодаря сокращению потерь и уменьшению  расходов на транспортировку. Ведь его можно производить вблизи потребителей.

Лигнин отличается способностью переходить в вязкопла-стическое состояние при давлении порядка 100 МПа. Это обстоятельство предопределило одно из перспективных направлений использования гидролизного лигнина в виде брикетированного энергетического биотоплива. Топливные лигнобрикеты представляют собой высококачественное, высококалорийное, до 5500 ккал/кг, малодымное биотопливо с низким содержанием золы (13%).

Проблемы использования лигнина

Научно-исследовательские работы  в области промышленного использования лигнина проводились во многих научно-исследовательских организациях, однако координации этих исследований не было. В результате разрешение ряда важных вопросов не вышло за пределы лабораторных и в отдельных случаях экспериментальных полузаводских работ.

Перспективы использования лигнина

Существует много типов лигнина с разными свойствами, применением и ценностями. Например, исследователи рассматривают лигнин как материал, который может применяться в строительной и автомобильной промышленности.

Лигнин, содержащий одновременно ароматические и алифатические фрагменты, может служить сырьем для получения различных химикатов. Например, лигнин хвойных пород при окислении в щелочной среде образует ванилин, а из лиственного лигнина наряду с ванилином может быть получен сиреневый альдегид, органические кислоты.

В процессе пиролиза, терморастворения и гидрогенизации лигнина получается жидкое топливо.

Наиболее крупнотоннажным направлением использования гидролизного лигнина является получение различных сорбентов.