Лигнин гидролизный¶
Лигнин гидролизный — побочный продукт получения сахаров из древесины и сельскохозяйственных отходов кислотным или энзиматическим гидролизом (гидролизным способом). Представляет собой аморфный высокомолекулярный полимер, близкий по составу к природному лигнину, но с изменённой структурой в результате кислотной обработки. Широко используется как сырьё для получения технического углерода, диспергаторов, битумных добавок и сорбентов.
¶Состав и строение
Гидролизный лигнин — аморфное вещество тёмно-коричневого или чёрного цвета, нерастворимое в воде, устойчивое к действию кислот и щелочей. По химическому составу близок к природному лигнину древесины лиственных пород (берёзы, ольхи) и состоит из остатков трёх спиртов: кониферилового, синапилового и кумарилового. Содержание метоксигрупп у гидролизного лигнина ниже, чем у природного, что связано с их частичным отщеплением в ходе кислотного гидролиза.
В отличие от сульфитного лигнина, гидролизный лигнин не содержит значительного количества серы, что определяет его ценность для ряда технологий. Молекулярная масса полидисперсна, средняя молекулярная масса составляет 1000–10 000 Да в зависимости от условий гидролиза и последующей обработки. Функциональные группы — гидроксильные, карбонильные, карбоксильные — присутствуют в различном количестве и определяют химическую активность продукта.
¶Получение
Основной промышленный источник гидролизного лигнина — спиртовые производства, работающие на кислотном гидролизе древесины. При производстве бутанола-ацетонового брожения (АБ-брожение) или этанола из лигнокарбидного сырья лигнин осаждается из гидролизата после нейтрализации кислоты. Суточные объёмы накопления на крупных заводах составляли десятки тонн.
В России производство гидролизного лигнина исторически было сосредоточено на предприятиях спиртовой и ферментативной промышленности. Крупнейшие заводы работали в Кировской, Вологодской, Иркутской областях и других регионах с развитой лесной промышленностью. С началом 2000-х годов ряд гидролизных производств был закрыт, однако переработка накопленных шламов и отходов продолжается.
Помимо кислотного гидролиза, гидролизный лигнин может быть получен щелочным гидролизом (крафт-процесс) и сульфитным способом, однако продукты этих процессов принято выделять в отдельные категории — крафт-лигнин и сульфитный лигнин.
¶Свойства
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Внешний вид | Тёмно-коричневый или чёрный порошок, гранулы |
| Массовая доля влаги | Не более 10–12 % |
| Зольность | 2–8 % |
| pH водной суспензии | 4–7 |
| Растворимость в воде | Нерастворим |
| Растворимость в щелочах | Растворяется с образованием лигносульфонатов |
¶Применение
Гидролизный лигнин находит применение в нескольких отраслях:
- Производство технического углерода. Гидролизная сажа, получаемая из лигнина, используется как наполнитель в резинотехнических изделиях, красках и пластиках.
- Строительные материалы. Вводится в состав битумных мастик и асфальтобетонных смесей в качестве модификатора, повышающего адгезию и водостойкость.
- Сорбция. Применяется для очистки сточных вод от тяжёлых металлов, нефтепродуктов и фенолов.
- Агротехника. Используется как компонент удобрений и стимулятор роста растений.
- Химическое сырьё. Служит источником ванилина, ксилана, а также мономеров для синтеза эпоксидных смол и полиуретанов.
¶Экологические аспекты
Гидролизный лигнин относится к промышленным отходам IV класса опасности. Шламы гидролизных заводов накапливаются в отстойниках и шламохранилищах, представляя экологическую нагрузку на почву и грунтовые воды. Разработка методов утилизации и переработки накопленных запасов остаётся актуальной задачей для России, где объёмы шламов оцениваются в миллионы тонн.
¶Исторические сведения
Индустриальное производство гидролизного лигнина в СССР началось в 1930-е годы с пуска первых гидролизных заводов. К 1980-м годам в стране работало более 60 предприятий, перерабатывающих древесину кислотным гидролизом. После распада СССР значительная часть производств была остановлена, а накопленные шламы остались непереработанными.
¶Источники
- Панек, М. Д. Лигнин и его свойства / М. Д. Панек. — Л.: Лесная промышленность, 1968.
- Ковалёв, А. В. Химия лигнина / А. В. Ковалёв. — М.: Логос, 2008.
- Государственный каталог отходов производства и потребления. — М.: Минприроды России.
- Данилов, С. Н. Лигнин: получение, свойства, применение / С. Н. Данилов. — М.: Химия.