Лігнін є складним (сітчастим) ароматичним природним полімером, який входить до складу наземних рослинних організмів, продуктом біосинтезу. Лігнін займає друге місце після целюлози за поширеністю серед полімерів на землі. Він грає дуже важливу роль в природному кругообігу вуглецю. Освіта лігніну стало можливим внаслідок еволюційного переходу рослин від водного до наземного способу життя для того, щоб забезпечити жорсткість і стійкість стебел і стовбурів (як хітин у членистоногих).
походження лігніну
У складі рослинної тканини переважає целюлоза, геміцелюлоза і лігнін. Деревина хвойних порід містить приблизно 23-38% лігніну, в той час як листяні породи містять від 14 до 25%, солома злаків включає приблизно 12-20% від маси. Лігнін міститься в клітинних стінках, а також в просторі між клітинами. Таким чином, він скріплює волокна целюлози.
Спільно з геміцелюлозами він відповідає за показник механічної міцності стовбура і стебла. Завдяки лігніну досягається герметичність клітинних стінок, а внаслідок наявності барвників в лігніну деревина має свій характерний колір.
- протолігнін - лігнін, що знаходиться всередині рослини в його природному стані
- технічні форми лігніну, які виходять за допомогою фізико-хімічного вилучення.
Примітно, що лігнін не виробляють спеціально. Він, як і його хімічно модифіковані форми, являє собою відходи біохімічного виробництва. Під час фізико-хімічних методів переробки рослинних волокон молекулярна маса лігніну знижується в кілька разів, але зростає його хімічна активність.
отримання лігніну
У гідролізної промисловості отримують порошковий так званий лігнін гідролізний. В ході виробництва целюлози виходять форми лігніну, розчинні у воді. Гідролізний лігнін утворюється під час обробки лісоматеріалів концентрованої соляної або сірчаної кислотою. При цьому температура підтримується на рівні 180 - 185 ° С, а тиск близько 1216 - 1418 кПа. Як і природний лігнін, гідролізний ділять на відповідні класи. Наприклад, третій клас лігніну називають сільськогосподарським, тому що в промисловості часто застосовують відходи сільськогосподарських рослин.
Розрізняють два основних способи варіння целюлози. Найбільш популярна - сульфатна варіння (лужна). Меншою популярністю користується сульфітна (кислотна) варіння.
Лігнін, який виходить в ході сульфатного виробництва, називають сульфатним лігніном. Він у великих кількостях ступеня утилізується в енергетичних установках целюлозних підприємств.
У сульфітної промисловості виходять суміші сульфітних лигнинов (лигносульфонатов), певний обсяг яких накопичується в лігнохраніліщах, а залишок потрапляє зі стічними водами заводу в акваторії річок та озер.
Фізичні властивості лігніну
Лігнін має рівень щільності в межах 1,25-1,45 г / см3, при цьому коефіцієнт заломлення становить 1,6. Гідролізний лігнін відрізняється теплотворною здатністю, що становить у абсолютно сухого лігніну 5500-6500 ккал / кг. Теплотворна здатність лігніну з рівнем вологості 18-25% досягає 4400-4800 ккал / кг, а у лігніну з рівнем вологості 65% цей показник становить лише 1500-1650 ккал / кг.
Структура часток гидролизного лігніну - це не щільне тіло, а розвинена система мікро- і макропор. Показник його внутрішньої поверхні дуже сильно залежить від рівня вологості, наприклад, вологий матеріал має поверхню 760-790 м2 / г, а сухий лише 6 м2 / г.
Використання лігніну
Широке застосування лігніну обумовлено його властивостями. Нижче представлені найбільш затребувані сфери використання гідролізного лігніну:
- виготовлення паливних брикетів. Такий брикет може додатково містити тирсу, вугільну або торф'яну пил
- виробництво паливного газу. Здійснення цього процесу можливо з виробленням електроенергії в газопоршневих газових генераторах
- паливо для котлів
- створення восстановителей для металу і кремнію в формі брикетів
- виготовлення активованого вугілля
- виготовлення сорбентів для очищення міських і промислових стоків, а також для розлитих нафтопродуктів або важких металів
- медичні і ветеринарні сорбенти
- порообразователи в процесі виготовлення цегли та інших керамічних матеріалів. У цій сфері лігнін застосовують як замінник тирси або деревної муки
- лігнін є сировиною для виробництва нитролигнина, який знижує в'язкість глинистих розчинів, що використовуються під час буріння свердловин
- на основі лігніну створюються органічні і органо-мінеральні добрива, структурообразователи для природних і штучних грунтів, гербіциди для обробітку бобових культур
- сировина для отримання фенолу, оцтової кислоти
- в якості добавки в асфальтобетони (виготовлення лігніно-бітумних розчинів).
Брикети з лігніну
Гідролізний лігнін - це маса чимось схожа на тирсу. В умовах високого тиску приблизно 100 МПа лігнін стає вязкопластіческого і приймає форму брикетів. На сьогоднішній день таке паливо є гідною заміною постійно дорожчає вугіллю. Застосування лігніну в якості біопалива в значній мірі збільшує рентабельність багатьох виробництв, металургійних і хімічних і хімічної заводів.
- підвищена теплотворна здатність, яка становить більше 4 200 Ккал / кг. Наприклад, теплотворна здатність дров різного рівня вологості коливається від 1500 до 2800 Ккал / кг, а для бурого вугілля цей показник навіть не дотягує до 200 Ккал / кг
- економічність. Якщо використовувати брикетований лігнін замість звичайних дров, на опалення будинку буде витрачено набагато менший обсяг палива
- зручність. Паливні брикети з лігніну продаються упаковані в термоусадочну плівку. Така упаковка в значно мірою спрощує процедуру їх використання, складування і довгого періоду зберігання, а різні варіанти обсягу упаковки, дають можливість вибрати найбільш підходящий варіант для кожного конкретного клієнта. Таке паливо займають на 30% менше простору, ніж звичайні дрова. Брикети можуть довго зберігатися і не залежать від рівня вологості
- процес горіння. Паливні брикети з лігніну демонструють рівномірний тривалий процес згоряння. При цьому не виділяються іскри, немає копчення. Горять вони при однаковому обсязі приблизно на 35% довше, ніж деревні брикети. Для покупців це означає, що підкладати нову партію брикетів в камін, піч або котел потрібно в три рази рідше
- зольність. У процесі горіння брикетованого лігніну рівень зольності знаходиться в межах 15%, в той час як горіння вугілля відрізняється рівнем зольності в межах 40%. Зола, утворена під час спалювання лігніну містить велику кількість корисних хімічних елементів. Наприклад, легко гідролізуемого азоту міститься близько 80 мг / кг, рухомого фосфору - до 3000 мг / кг, а обмінного калію - до 534 мг / кг. Така зола не токсична для мікроорганізмів, тому її можна використовувати як комплексне добриво, що містить всі необхідні рослинам мінерали і мікроелементи
- безпеку і екологічність. Під час виготовлення брикетованого лігніну не використовуються ніякі добавки, пластифікатори або зв'язують речовини. Крім цього, вуглекислого газу при горінні брикетів утворюється майже в 50 разів менше, ніж при горінні вугілля.