Лигнин гидролизный вред. Лигнин гидролизный

Гидролизный лигнин - прекрасное высококаллорийное топливо и легкодоступное возобновляемое сырье для производства топливных гранул и брикетов.

В настоящее время актуальность вопроса производства альтернативных энергоносителей постоянно возрастает. Для этого имеется ряд причин.

1. Традиционные энергоносители - газ, уголь, нефть - с каждым годом становится добывать все труднее, и это ведет к постоянному повышению их стоимости. Особую актуальность для Украины, как известно, имеет вопрос стоимости импортируемого газа.

2. Запасы традиционных энергоносителей быстро истощаются, что делает производство альтернативных энергоносителей весьма перспективным направлением бизнеса.

3. Производство альтернативных источников энергии стимулируется Правительствами всех развитых стран, в том числе Украины.

Лигнин Горит хранилище лигнина

Пеллета из лигнина Брикет Pini&Key из лигнина

Новым законом "О содействии производству и использованию биологических видов топлива " предприятия-производители биотоплива, в т.ч. топливных гранул и брикетов, освобождены до января 2020г. от налогообложения прибыли. Есть, также, ряд экономических, экологических и социальных предпосылок, способствующих расширению рынка биотоплива вообще, и топливных гранул и брикетов в частности. Но многие бизнесмены, направившие свои усилия и капиталы в этот перспективный сегмент экономики, столкнулись с неожиданными проблемами.

Основная конкуренция в этой отрасли лежит не в сфере сбыта - с ним как раз проблем нет, причем, в основном, вся продукция отгружается на экспорт в страны Евросоюза – а в сфере обеспечения сырьем. Дело в том, что многие предприятия, установившие оборудование брикетирования или грануляции биомассы, в настоящее время работают не в полную мощность, а зачастую вообще простаивают из-за отсутствия сырья. Это связано прежде всего с сезонностью наличия некоторых видов сырья (лузги подсолнечника, соломы, отходов крупяных культур, отходов переработки кукурузы, других видов сельхозсырья), некорректным выбором места установки оборудования (например, удаленность от потенциальных источников сырья), большими логистическими затратами на доставку сырья, имеющего, как правило, очень малый насыпной вес (к примеру, насыпной вес лузги подсолнечника - 100 кг/м3).

В такой ситуации лигнин является хорошей альтернативой сельхозотходам как сырью, так как его запасы имеются в достаточно большом количестве независимо от сезона переработки, лигнин хорошо поддается гранулированию и брикетированию в силу своих отличных связующих свойств, имеет достаточно большой насыпной вес (до 700 кг/м3), делающий рентабельной его перевозку на значительные расстояния даже не в гранулированном виде, обладает хорошей теплотворной способностью, соизмеримой с углем, при гораздо, меньшей зольности, и цена сырья-лигнина сравнительно невысока. Вследствие особых свойств лигнина, в технологии его подготовки к дальнейшему использовании особое значение придается вопросу сушки лигнина.

Если рассматривать лигнин с физико-химической точки зрения, то в изначальном виде это вещество представляет собой сложную опилкоподобную массу, влажность которой доходит до семидесяти процентов. По сути, лигнин - это уникальный комплекс веществ, который состоит из полисахаридов, особой группы веществ, относящихся к так называемому лигногуминовому комплексу, моносахаров, различных минеральных и органических кислот самой разной насыщенности, а также определенной части золы. Гидролизный лигнин представляет собой опилкоподобную массу с влажностью приблизительно 55-70%. По своему составу это комплекс веществ, в который входят собственно лигнин растительной клетки, часть полисахаридов, группа веществ лигногуминового комплекса, неотмытые после гидролиза моносахара минеральные и органические кислоты, зольные и другие вещества. Содержание в лигнине собственно лигнина колеблется в пределах 40-88 %, полисахаридов от 13 до 45 % смолистых и веществ лигногуминового комплекса от 5 до 19 % и зольных элементов от 0.5 до 10 %. Зола гидролизного лигнина в основном наносная. Гидролизный лигнин характеризуется большим объемом пор, приближающимся к пористости древесного угля, высокой реакционной способностью по сравнению с традиционными углеродистыми восстановителями и вдвое большим в сравнении с древесиной содержанием твердого углерода, достигающим 30 %, то есть почти половины углерода древесного угля.

Гидролизный лигнин отличает способность переходить в вязкопластическое состояние при наложении давления порядка 100 МПа. Это обстоятельство предопределило одно из перспективных направлений использования гидролизного лигнина в виде брикетированного материала. Установлено, что лигнобрикеты являются высококалорийным малодымным бытовым топливом, качественным восстановителем в черной и цветной металлургии, заменяющим кокс, полукокс и древесный уголь, а также могут служить для производства угля типа древесного и углеродистых сорбентов. Исследовательские и опытно–промышленные работы ряда организаций показали, что брикетированный гидролизный лигнин может являться ценным сырьем для металлургической, энергетической и химической отраслей народного хозяйства страны, а также высокосортным коммунально-бытовым топливом.

К внедрению могут быть рекомендованы технологические разработки, позволяющие получать следующую брикетированную лигнопродукцию:
- лигнобрикеты для замены традиционных углеродистых металлургических восстановителей и кусковой шихты в производстве кристаллического кремния и ферросплавов;
- малодымные топливные лигнобрикеты;
- брикетированный лигнинный уголь взамен древесного в химической промышленности;
- углеродистые сорбенты из лигнобрикетов для очистки промстоков и сорбции тяжелых и благородных металлов;
- энергетические брикеты из смеси с отсевами углеобогащения.

Топливные брикеты из лигнина представляют собой высококачественное топливо с теплотой сгорания до 5500 ккал/кг, и низким содержанием золы. При сжигании брикеты лигнина горят бесцветным пламенем, не выделяя коптящего дымового факела. Плотность лигнина равна 1,25 - 1,4 г/см3. Коэффициент преломления равен 1,6.

Гидролизный лигнин имеет теплотворную способность, которая для абсолютно сухого лигнина составляет 5500-6500 ккал/кг для продукта с 18-25% - ной влажностью, 4400-4800 ккал/кг для лигнина с 65%-ной влажностью, 1500-1650 ккал/кг для лигнина с влажностью более 65%. По физико-химической характеристике лигнин представляет собой трехфазную полидисперсную систему с размерами частиц от нескольких миллиметров до микронов и меньше. Исследования лигнинов, полученных на различных заводах, показали, что состав их характеризуется в среднем следующим содержанием фракций: размером более 250 мкм - 54-80%, размером менее 250 мкм - 17-46%, и размером менее 1 мкм - 0,2-4,3%. По структуре частица гидролизного лигнина не является плотным телом, а представляет собой развитую систему микро- и макропор, величина его внутренней поверхности определяется влажностью (для влажного лигнина она составляет 760-790 м2/г, а для сухого всего 6 м2/г).

Как показали многолетние исследования и промышленные испытания, проведенные целым рядом научно-исследовательских, учебных и промышленных предприятий, из гидролизного лигнина можно получать ценные виды промышленной продукции. Для энергетики - из исходного гидролизного лигнина можно изготавливать брикетированное коммунально-бытовое и каминное топливо, а из смеси лигнина с отсевами углеобогащения - производить брикетированное энергетическое топливо.

Процесс горения лигнина в технологических топках без прямой отдачи теплоты имеет существенные отличия по сравнению с топками паровых котлов. В них отсутствует лучевоспринимающая поверхность, и поэтому, во избежание шлакования золы, требуется тщательно рассчитывать аэродинамические режимы процесса. Температура ядра факела из-за отсутствия прямой теплоотдачи оказывается более высокой и концентрируется в меньшем объеме, чем в топках паровых котлов. Для сжигания лигнина наиболее целесообразно использовать факельную топку системы Шершнева, обеспечивающую достаточно высокую эффективность для топлив с высокой степенью дисперсности.

Лигнин может быть эффективно использован в качестве топлива для сжигания в теплогенераторе сушильного комплекса для сушки опилки или другой биомассы в линиях по производству топливной гранулы пеллеты и топливных брикетов. Тщательно подготовленное пылевидное топливо по скорости выгорания и полноте сгорания приближается к жидкому топливу. Полное сгорание в факеле обеспечивается при меньшем коэффициенте избытка воздуха, а следовательно, с более высокой температурой. При ведении топочного процесса с малым избытком воздуха обеспечиваются взрывобезопасные условия работы сушильного комплекса, что положительно отличает сушку с прямым использованием топочных газов от способа сушки нагретым воздухом.

Таким образом, лигнин является прекрасным, высококаллорийным топливом и легкодоступным возобновляемым сырьем для производства топливных гранул и брикетов.

Применение порошкообразного лигнина.

Порошкообразный лигнин пригоден в качестве активной добавки в дорожные асфальтобетоны, а также для добавки к мазуту при его использовании в энергетике и металлургии. Гидролизный лигнин, используемый в качестве минерального порошка, позволяет:
1. Повысить качество асфальтобетонов (прочность - на 25%, водостойкость - на 12%, трещиностойкость (хрупкость) - с -14°С до -25°С) за счет дополнительной модификации нефтяного битума.
2. Экономить дорожно-строительные материалы: a) нефтяной битум на 15-20%; b) известковый минеральный порошок на 100%.
3. Значительно улучшить экологическую обстановку в зоне складирования отходов.
4. Возвратить плодородные земли, занятые в настоящее время под отвалы.

Таким образом, проведенные исследования по применению технологического гидролизного лигнина (ТГЛ) в производстве асфальтобетонов показывают, что имеются возможности значительного расширения сырьевой базы материалов для строительства современных автодорог (республиканских, региональных и городских), при одновременном повышении качества их покрытия за счет модификации нефтяных битумов гидролизным лигнином и полной замены дорогостоящих минеральных порошков.

Лигнин - что это такое? Не каждый сможет ответить на этот вопрос, однако мы попытаемся разобраться. Лигнин - это вещество, которое входит в состав абсолютно всех растений на Земле. Кроме него еще следует отметить такие полезные компоненты, как целлюлоза и гемицеллюлоза.

Основное предназначение лигнина - это обеспечение герметичности стенок сосудов, по которым передвигается вода и растворенные в ней питательные вещества. Лигнин и целлюлоза, находясь вместе в клеточных стенках, увеличивают их прочность. Не все растения имеют одинаковое количество этого соединения. Больше всего его содержится в хвойных породах, примерно около 40%, а вот в лиственных - всего лишь 25%.

Свойства лигнина

Данное вещество представляет собой темно-желтого цвета. Он практически не растворяется в воде и органических растворителях. Лигнин - что это такое с точки зрения строения? Однозначно ответить на этот вопрос не получится, поскольку, находясь в составе различных растений, данное вещество может существенно отличаться по своей структуре.

При разложении лигнина образуется богатый питательными веществами гумус, который играет важную роль в природе. Переработкой лигнина в природной среде занимается армия бактерий, грибов и некоторых насекомых.

Главное преимущество этого вещества в том, что нет необходимости его производить или добывать. Да это практически невозможно, лигнин настолько прочно связан с растительными клетками, что его искусственное отделение представляет собой сложный процесс.

Тот лигнин, производство которого осуществляется на сегодняшний день, не что иное, как обычные отходы при переработке целлюлозы. При этом большая масса его теряется, но возрастает химическая активность.

Способы выделения лигнина

Процесс извлечения данного вещества из древесины осуществляют с различными целями:

• исследование свойств вещества;
• определение количества лигнина в различных растениях.

Методы извлечения вещества подбирают в зависимости от цели его использования. Если дальнейшей задачей является изучение, то способы выделения должны как можно меньше повлиять на структуру и качества лигнина. Хотя практически не существует таких методов, которые бы гарантировали получение вещества в неизменном состоянии.

После выделения лигнин содержит несколько примесей:

• экстрактивные вещества при гидролизе дают нерастворимые соединения;
• продукты гумификации сахаров;
• смесь трудногидролизуемых полисахаридов.

Максимально подходящими условиями для выделения лигнина являются такие, при которых образуется наибольшее количество вещества. В этом случае лигнин получается практически без примесей, и наблюдаются его малые потери.

Наиболее распространенным считается сернокислотный способ, а вот солянокислотный используют гораздо реже из-за неудобства в работе с концентрированной кислотой.

Разновидности лигнина

Основным источником получения лигнина является промышленное производство целлюлозы. На разных предприятиях этого направления могут использоваться различные технологии производства, поэтому и лигнин, получаемый при этом, имеет неодинаковые качества и состав.

В процессе производства щелочей или сульфатов получается сульфатный лигнин, при выработке кислот - сульфитный.

Отличаются эти виды между собой не только составом, но и способом утилизации. Сульфатный лигнин подвергают сжиганию, а сульфитный отправляют на хранение в специальные хранилища.

На гидролизных предприятиях получают лигнин гидролизный.

Свойства гидролизного лигнина

Это порошкообразное вещество с плотностью до 1,45 г/см³. Его цвет меняется от светло-бежевого до различных оттенков коричневого. Содержание лигнина в таком веществе может колебаться от 40 до 80%.

Гидролизный лигнин обладает токсическими свойствами и высокой способностью к адсорбции, на этом основано его применение в медицине.

Если распылить вещество, которое в высушенном виде становится горючим, то может возникнуть опасность взрыва. Сухой лигнин при сгорании выделяет достаточно большое количество тепла. Температура его воспламенения составляет 195 градусов, а тление начинается уже при температуре 185°С.

Производство препаратов лигнина

Лигнин из древесины выделяют для того, чтобы получать затем его препараты для различных исследований. Рассмотрим стадии выделения лигнина:

• измельчение древесины до состояния опилок, а в некоторых случаях и муки;
• обработка спирто-толуольной смесью для избавления от экстрактивных веществ;
• использование кислотных катализаторов, которые предотвращают переход лигнина в растворимое состояние.

В процессе производства образуется некоторая часть растворимых соединений, которые осаждают, подвергают очистке и сушат, в результате чего образуется порошок.

Применение гидролизного лигнина

Несмотря на то что данное вещество достаточно трудно поддается переработке из-за своей сложной природы и нестойкости, можно перечислить различные отрасли, где используется лигнин. Применение вещества имеет следующие направления:

• производство топливных брикетов;
• в качестве котельного топлива;
• производство восстановителей для некоторых металлов и кремния;
• наполнитель при производстве пластмасс;
• производство топливного газа;
• изготовление удобрений;
• производство гербицидов;
• в качестве сырья для производства фенола, уксусной кислоты;
• производство активированного угля;
• в качестве сорбента для очистки городских и промышленных стоков;
• производство медицинских препаратов;
• производство кирпича и керамических изделий.

Причины повышения спроса на лигнин

Лигнин гидролизный является прекрасным топливом, которое при сгорании дает большое количество энергии. К тому же сырье для производства такого энергетического ресурса вполне доступное и возобновляемое.

Не только у нас в стране, но и по всему миру в настоящее время актуален вопрос производства альтернативных энергоносителей. Для этого имеется целый ряд причин, среди которых можно перечислить следующие:

1. Природные носители энергии - уголь, нефть и газ требуют для своей добычи использования различных затратных способов. Это не может не повлиять на постоянно растущую их стоимость.
2. Источники энергии, которые используются в настоящее время, относятся к исчерпаемым природным ресурсам, поэтому наступит такое время, когда их запасы практически израсходуются.
3. Производство альтернативных энергетических источников стимулируется государством во многих странах.

Лигнин в качестве топлива

На сегодняшний день все чаще в качестве альтернативного топлива используется лигнин. Что это такое и как оно выглядит?

Вещество представляет собой опилки с влажностью до 70%, которые различаются по своему составу в зависимости от сырья. Их структура очень напоминает который также имеет большое количество мельчайших пор. Свойства такого вещества позволяют подвергать его брикетированию и гранулированию. Если воздействовать высоким давлением на такой брикет, он превращается в вязкую пластичную массу.

Гранулы, сделанные из такого лигнина, имеют высокую теплоотдачу, но при этом не производят много дыма. и пеллеты являются качественным материалом, при горении которого выделяется много тепла, а копоти практически нет. Отсюда можно сделать вывод, что лигнин служит отличным сырьем для производства топлива в брикетах.

Использование лигнина в порошкообразном состоянии

Данное вещество в состоянии порошка находит свое применение в качестве добавки при производстве асфальтобетона. Использование гидролизного лигнина позволяет:

• повышать прочность, водостойкость и устойчивость к образованию трещин;
• экономить дорожно-строительные материалы;
• существенно улучшить экологическую обстановку в тех местах, где хранятся отходы;
• вернуть плодородие тем землям, которые используются под отвалы.

В дорожной отрасли достаточно выгодно использовать лигнин. Свойства его таковы, что он позволяет ощутимо повысить качество строительного материала. Кроме этого, лигнин дает возможность заменить дорогостоящие добавки.

Производные лигнина

Производными данного вещества являются лигносульфонаты, которые образуются при сульфитном способе переработки древесины. Лигносульфонаты обладают высокой активностью, что позволяет им находить свое применение в различных отраслях промышленности:

• нефтедобывающая промышленность (регулируют свойства ;
• литейное производство (выступают в роли связующего материала в смесях);
• производство бетона;
• строительная отрасль (в качестве эмульгаторов в дорожных эмульсиях);
• сырье для получения ванилина;
• сельское хозяйство (обработка почвы для предотвращения эрозии).

Сульфатный лигнин имеет высокую плотность и химическую стойкость. В сухом состоянии - это порошок коричневого цвета, который растворяется в аммиаке, щелочах, этиленгликоле, диоксине.

Сульфатный лигнин не обладает токсичностью, не распыляется и не опасен с точки зрения пожароопасности. Его используют:

• в качестве пластификатора в производстве керамических изделий, бетонов;
• как сырье для производства пластиков и фенолформальдегидных смол;
• как связующее звено при изготовлении картона, древесных и бумажных плит;
• в качестве добавки при производстве каучука и латексов.

Теперь становится понятно, как широко используется лигнин. Что это такое, теперь ни у кого не вызывает вопросов, так как благодаря своим качествам данное вещество очень востребовано в современном мире.

Лекарства на основе лигнина

Как мы уже выяснили, применение гидролизного лигнина возможно и в медицинской сфере. Можно перечислить следующие препараты на его основе:

• "Лигносорб" назначается при заболеваниях ЖКТ, пищевых отравлениях;
• "Полифан" имеет такие же рекомендации по применению;
• "Полифепан" приносит облегчение при диарее и дисбактериозе;
• "Фильтрум-СТИ";
• "Энтегнин".

Применение "Полифепана"

Другое название у этого препарата - лигнин гидролизный. Выпускается он в виде гранул, суспензий, порошков и таблеток. Препарат растительного происхождения, в его основе лежит лигнин. Инструкция по применению гласит, что такое лекарство способно хорошо связывать микроорганизмы, а также продукты их жизнедеятельности.

Кроме этого, под действием препарата обезвреживаются токсические вещества различной природы: тяжелые металлы, радиоактивные изотопы, аммиак. Лигнин гидролизный осуществляет дезинтоксикацию организма, а также оказывает антиоксидантное и гиполипидемическое действие.

Вот какой обширный список заслуг имеет лигнин! Инструкция также говорит о том, что принимая этот препарат, можно компенсировать недостаток в кишечнике, которые принимают активное участие в процессе пищеварения, нормализуют микрофлору и повышают иммунитет.

Показаниями для приема "Полифепана" являются:

Достаточно обширный список показаний имеет такой препарат, как лигнин. Инструкция также отмечает некоторые противопоказания:

• повышенная чувствительность к препарату;
• хронические запоры;
• гастрит;
• сахарный диабет.

В процессе приема лигнина могут возникнуть побочные эффекты: аллергическая реакция или запоры.

Способы применения лекарства и его дозировка устанавливается врачом в зависимости от диагноза и сложности состояния. Обычно назначают прием лигнина в течение недели, однако при некоторых проблемах длительность терапии может быть увеличена до месяца.

Экология и лигнин

Данное вещество образуется в большом количестве при переработке целлюлозы. Его складывают в большие отвалы, которые способствуют загрязнению окружающей среды. Кроме этого, нередки случаи самовозгорания лигнина.

На сегодняшний день остро стоит вопрос использования вещества в качестве топлива, так как после его сгорания образуется большое количество отходов, которые причиняют вред природе. Лигнин находит свое применение во многих отраслях, поэтому в первую очередь важно решить вопрос экологической безопасности окружающей среды.

Лигнин является сложным (сетчатым) ароматическим природным полимером, который входит в состав наземных растительных организмов, продуктом биосинтеза. Лигнин занимает втрое место после целлюлозы по распространенности среди полимеров на земле. Он играет очень важную роль в естественном круговороте углерода. Образование лигнина стало возможным вследствие эволюционного перехода растений от водного к наземному образу жизни для того, чтобы обеспечить жесткость и устойчивость стеблей и стволов (как хитин у членистоногих).

Происхождение лигнина

В составе растительной ткани преобладает целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. Древесина хвойных пород содержит примерно 23-38 % лигнина, в то время как лиственные породы содержат от 14 до 25%, солома злаков включает примерно 12-20% от массы. Лигнин содержится в клеточных стенках, а также в пространстве между клетками. Таким образом, он скрепляет волокна целлюлозы.

Совместно с гемицеллюлозами он отвечает за показатель механической прочности ствола и стебля. Благодаря лигнину достигается герметичность клеточных стенок, а вследствие наличия красителей в лигнине древесина имеет свой характерный цвет.

Различают:

• протолигнин - лигнин, находящийся внутри растения в его естественной форме
• технические формы лигнина, которые получаются при помощи физико-химического извлечения.

Примечательно, что лигнин не производят специально. Он, как и его химически модифицированные формы, представляет собой отходы биохимического производства. Во время физико-химических методов переработки растительных волокон молекулярная масса лигнина снижается в несколько раз, но растет его химическая активность.

Получение лигнина

В гидролизной промышленности получают порошковый так называемый лигнин гидролизный. В ходе производства целлюлозы получаются формы лигнина, растворимые в воде. Гидролизный лигнин образуется во время обработки лесоматериалов концентрированной соляной или серной кислотой. При этом температура поддерживается на уровне 180 - 185 °С, а давление около 1216 - 1418 кПа. Как и природный лигнин, гидролизный делят на соответствующие классы. К примеру, третий класс лигнина называют сельскохозяйственным, потому что в промышленности часто применяют отходы сельскохозяйственных растений.

Различают два главных метода варки целлюлозы. Наиболее популярная - сульфатная варка (щелочная). Меньшей популярностью пользуется сульфитная (кислотная) варка.

Лигнин, который получается в ходе сульфатного производства, называют сульфатным лигнином. Он в больших количествах степени утилизируется в энергетических установках целлюлозных предприятий.

В сульфитной промышленности получаются смеси сульфитных лигнинов (лигносульфонатов), определенный объем которых скапливается в лигнохранилищах, а остаток попадает со сточными водами завода в акватории рек и озер.

Физические свойства лигнина

Лигнин имеет уровень плотности в пределах 1,25-1,45 г/см3, при этом коэффициент преломления составляет 1,6. Гидролизный лигнин отличается теплотворной способностью, составляющей у абсолютно сухого лигнина 5500-6500 ккал/кг. Теплотворная способность лигнина с уровнем влажности 18-25% достигает 4400-4800 ккал/кг, а у лигнина с уровнем влажности 65% этот показатель составляет лишь 1500-1650 ккал/кг.

Структура частиц гидролизного лигнина - это не плотное тело, а развитая система микро- и макропор. Показатель его внутренней поверхности очень сильно зависит от уровня влажности, например, влажный материал имеет поверхность 760-790 м2/г, а сухой лишь 6 м2/г.

Средневесовая молекулярная масса лигнинов древесины ели, выделенных различными методами

Вид лигнина	Метод определения	Растворитель	Молекулярная масса
Бьеркмана	Ультрацентрифуги
Спиртовой	Осмометрический
Спиртовой	Диффузионный
Спиртовой (клен)	Диффузионный
Щелочной	Ультрацентрифуги
Щелочной	Диффузионный
Щелочной из солянокислотного	Осмометрический
Сульфитный	Диффузионный

Использование лигнина

Широкое применение лигнина обусловлено его свойствами. Ниже представлены самые востребованные сферы использования гидролизного лигнина:

• изготовление топливных брикетов. Такой брикет может дополнительно содержать опилки, угольную или торфяную пыль
• производство топливного газа. Осуществление этого процесса возможно с выработкой электроэнергии в газопоршневых газовых генераторах
• топливо для котлов
• создание восстановителей для металла и кремния в форме брикетов
• изготовление активированных углей
• изготовление сорбентов для очистки городских и промышленных стоков, а также для разлитых нефтепродуктов или тяжелых металлов
• медицинские и ветеринарные сорбенты
• порообразователи в процессе изготовления кирпича и прочих керамических материалов. В этой сфере лигнин применяют в качестве заменителя опилок или древесной муки
• лигнин является сырьем для производства нитролигнина, который снижает вязкость глинистых растворов, используемых в ходе бурения скважин
• на основе лигнина создаются органические и органо-минеральные удобрения, структурообразователи для естественных и искусственных почв, гербициды для возделывания бобовых культур
• сырье для получения фенола, уксусной кислоты
• в качестве добавки в асфальтобетоны (изготовление лигнино-битумных растворов).

Гидролизный лигнин - это масса чем-то похожая на опилки. В условиях высокого давления примерно 100 МПа лигнин становится вязкопластическим и принимает форму брикетов. На сегодняшний день такое топливо является достойной заменой постоянно дорожающему углю. Применение лигнина в качестве биотоплива в значительной степени увеличивает рентабельность многих производств, металлургических и химических и химической заводов.

Среди основных достоинств таких брикетов можно выделить:

• повышенная теплотворная способность, которая составляет более 4 200 Ккал/кг. К примеру, теплотворная способность дров различного уровня влажности колеблется от 1500 до 2800 Ккал/кг, а для бурого угля этот показатель даже не дотягивает до 200 Ккал/кг
• экономичность. Если использовать брикетированный лигнин вместо обычных дров, на отопление дома будет потрачено намного меньший объем топлива
• удобство. Топливные брикеты из лигнина продаются упакованные в термоусадочную пленку. Такая упаковка в значительно степени упрощает процедуру их использования, складирования и долгого периода хранения, а различные варианты объема упаковки, дают возможность выбрать наиболее подходящий вариант для каждого конкретного клиента. Такое топливо займет на 30% меньше пространства, чем обычные дрова. Брикеты могут длительно храниться и не зависят от уровня влажности
• процесс горения. Топливные брикеты из лигнина демонстрируют равномерный длительный процесс сгорания. При этой не выделяются искры, нет копчения. Горят они при одинаковом объеме примерно на 35% дольше, чем древесные брикеты. Для покупателей это означает, что подкладывать новую партию брикетов в камин, печь или котел нужно в три раза реже
• зольность. В процессе горения брикетированного лигнина уровень зольности находится в пределах 15%, в то время как горение угля отличается уровнем зольности в пределах 40%. Зола, образованная во время сжигания лигнина содержит большое количество полезных химических элементов. К примеру, легко гидролизуемого азота содержится около 80 мг/кг, подвижного фосфора - до 3000 мг/кг, а обменного калия - до 534 мг/кг. Такая зола не токсична для микроорганизмов, поэтому ее можно использовать как комплексное удобрение, содержащее все нужные растениям минералы и микроэлементы
• безопасность и экологичность. Во время изготовления брикетированного лигнина не используются никакие добавки, пластификаторы или связывающие вещества. Кроме этого, углекислого газа при горении брикетов образуется почти в 50 раз меньше, чем при горении угля.

Размещено 01.06.2010

Происхождение и получение лигнина

Лигнин от лат. lignum - дерево, - сложный (сетчатый) ароматический природный полимер входящий в состав наземных растений, продукт биосинтеза. После целлюлозы, - лигнин самый распространенный полимер на земле, играющий важную роль в природном круговороте углерода. Возникновение лигнина в произошло в ходе эволюции при переходе растений от водного к наземному образу жизни для обеспечения жесткости и устойчивости стеблей и стволов (подобно хитину у членистоногих).

На английском и немецком языках лигнин - lignin, реже lignen или lignine.

Как известно, растительная ткань состоит главным образом из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. В древесине хвойных пород содержится 23-38 % лигнина, в лиственных породах - 14-25%, в соломе злаков 12-20% от массы. Лигнин расположен в клеточных стенках и межклеточном пространстве растений и скрепляет целлюлозные волокна.

Вместе с гемицеллюлозами он определяет механическую прочность стволов и стеблей. Лигнин обеспечивает герметичность клеточных стенок (для воды и питательных веществ) и благодаря содержащимся в нем красителям определяет цвет одревесневевшей ткани.

Лигнин прочно физически и химически инкорпорирован в структуре растительной ткани и эффективное выделение его оттуда промышленными методами представляет весьма сложную инженерную задачу.

Принято различать протолигнин, - лигнин содержащийся внутри растения в его естественной форме, и технические его формы, полученные извлечением из растительной ткани при помощи различнных физикохимических методов. Лигнин не изготавливают специально; он и его химически модифицированные формы являются отходами биохимического производства. В ходе физико-химической переработки растительной ткани молекулярная масса лигнина уменьшается в несколько раз, а его химическая активность возрастает.

В гидролизной промышленности получают порошковый т.н. гидролизный лигнин.

В целлюлозном производстве образуются водорастворимые формы лигнина. Существуют две основные технологии варки целлюлозы, более распространенная сульфатная варка (щелочная) и менее употребляемая сульфитная (кислотная) варка.

Лигнин получаемый в сульфатном производстве, т.н. сульфатный лигнин в большой степени утилизируется в энергетических установках целлюлозных заводов.

В сульфитном производстве образуются растворы сульфитных лигнинов (лигносульфонатов), часть которых накапливается в лигнохранилищах, а часть уходит со сточными водами предприятия в реки и озера.

В английской литературе выделяют также:

Бессернистый лигнин - sulfur-free lignin (гидролизный лигнин);

Сернистый лигнины - sulfur lignin (т.е. лигнин с целлюлозных производств).

В той или иной степени утилизацией лигнина занимаются сами производящие его предприятия, но гидролизный лигнин, сульфатный лигнин и лигносульфонаты присутствуют на рынке и как товарные продукты. Международных или российских стандартов на технические лигнины не существует и они поставляются по различным заводским техническим условиям.

Формула и химические свойства лигнина

В химическом смысле лигнин - понятие условное и обобщающее. Как нет двух одинаковых людей, так и нет двух одинаковых лигнинов.

В литературе встречается несколько вариантов формулы лигнина.

На рисунке приведено представление химической структуры лигнина рекомендуемое Международным институтом лигнина (ILI - International Lgnin Institute).

Лигнины получаемые из разных растений значительно отличаются друг от друга по химическому составу.

Молекула лигнина неопределенно велика и имеет много разнообразных функциональных групп.

Общей структурной единицей всех видов лигнина является фенилпропан (C 9 H 10), а различия связаны с разным содержанием функциональных групп.

В соотвествие с современными познаниями лигнин - сложный трехмерный сетчатый полимер, имеющий ароматическую природу, получающийся в результате поликонденсации нескольких монолигнолов - коричных спиртов (паракумарового, конеферилового, синапового), см. формулы.

При нормальных условиях лигнин плохо растворяется в воде и органических растворителях. В химических технологиях и в окружающей среде лигнин может участвовать в самых разнообразных химических рекациях и превращениях. Обладает биологической активностью.

Лигнин проявляет пластические свойства при повышенном давлении и температуре, особенно во влажном состоянии.

Утилизация лигнина в природе

Лигнин практически не усваивается при пищеварении у высших животных; в природе его переработкой заняты различные грибы, насекомые, земляные черви и бактерии. Главную роль в этом процессе играют грибы-базидиомицеты. К ним относятся многие грибы, живущие как на живых, так и на мёртвых деревьях, а так же грибы, разлагающие листовой опад. Среди лигнинолитических грибов есть съедобные (опенок, вешенка, шампиньон).

Деградация полимерного лигнина происходит под воздействием внеклеточных ферментов-оксидоредуктаз грибов. К данным ферментам в первую очередь относятся лининолитические пероксидазы: лигнин-пероксидаза и Mn-пероксидза, а так же внеклеточная оксидаза – лакказа. Так же лигнинолитичекий комплекс грибов содержит вспомогательные ферменты, в первую очередь производящие перекись водорода для пероксидаз и активные фермы кислорода. Сюда включают такие ферменты как пиранозооксидаза, глюкзооксидаза, глиоксальоксидаза, алклгольарилоксидаза и целлобиозозодегидрогеназа.

Основным продуктом разложения лигнина в природе является гумус. Декомпозиция лигнина в естественных условиях происходит в присутствии других элементов растительной ткани - целлюлозы и гемицеллюлозы.

Экономическое значение лигнина

Ежегодно в мире получается около 70 млн. тонн технических лигнинов. В энциклопедиях пишут о том, что лигнин является ценным источником химического сырья. К сожалению, пока это сырье организационно, экономически и технически не слишком и не всегда доступно.

Например, разложение лигнина на более простые химические соединения (фенол, бензол и т.п.) при сравнимом качестве получаемых продуктов обходится дороже их синтеза из нефти или газа. По данным International Lgnin Institute в мире используется на промышленные, сельскохозяйственные и др. цели не более 2% технических лигнинов. Остальное сжигается в энергетических установках или захоранивается в могильниках.

Трудность промышленной переработки лигнина обусловлена сложностью его природы, многовариантностью структурных звеньев и связей между ними, а также нестойкостью этого природного полимера, необратимо меняющего свойства в результате химического или термического воздействия. Как было указано выше в отходах предприятий содержится не природный протолигнин, а в значительной степени измененные лигниносодержащие вещества или смеси веществ, обладающие большой химической и биологической активностью. Кроме того они загрязнены и др. веществами. Считается, что жить около «лигнохранилищ» не совсем полезно. Они имеют неприятное свойство самовозгораться с выделением сернистых, азотистых и др. вредных соединений, а тушение их крайне затруднено в связи с большими их размерами и особенностями процесса горения. На фото слева «лигнохранилище», справа - горящий лигнин.

В некоторых исследованиях отмечается мутагенная активность технических лигнинов.

Таким образом в народохозяйственном балансе технические лигнины пока представляют собой значительную и постоянно растущую отрицательную величину.

Свойства гидролизного лигнина

Гидролизный лигнин - аморфное порошкообразное вещество с плотностью 1,25-1,45 г/см 3 от светло-кремового до темно-коричневого цвета со специфическим запахом. Молекулярная масса 5000-10000. Размеры частиц лигнина от нескольких миллиметров до микронов(и меньше). Содержание в гидролизном лигнине собственно лигнина колеблется в пределах 40-88%, трудногидролизуемых полисахаридов от 13 до 45 % смолистых и веществ лигногуминового комплекса от 5 до 19% и зольных элементов - от 0.5 до 10 %.

Состав золы лигнина: Al 2 O 3 – 1%; SiO 2 – 93,4%; P 2 O 5 – 1,5 %; CaO – 1,5%; Na2O – 0,3%; K 2 O – 0,3%; MgO – 0,3%; TiO 2 – 0,1%.

Лигнин нетоксичен, обладает хорошей сорбционной способностью.

В сухом виде - хорошогорючее вещество, в распыленном виде может быть взроопасен. Содержание твердого углерода до 30%. Теплотворная способность сухого лигнина 5500-6500 ккал/кг и близка к калорийности условного топлива (7000 ккал/кг). Температура воспламенения лигнина 195°С, температура самовоспламенения 425 o С и температура тления 185 o С. Температура самовоспламенения: аэрогеля лигнина 300°С, аэровзвеси 450°С; нижнний концентрационный предел распространения пламени 40 г/м 3 ; максимальное давление взрыва 710 кПа; максимальная скорость нарастания давления 35 МПа/с; минимальная энергия зажигания 20 мДж; минимальное взрывоопасное содержание кислорода 17% .

Некоторые направления применения гидролизного лигнина:

Производство топливных брикетов, в т.ч. в смеси с опилками, угольной и торфяной пылью;

Производства топливного газа, в т.ч. с выработкой электроэнергии в газопоршневых газогенераторах;

Котельное топливо;

Производство брикетированных восстановителей для металлов и кремния;

Производство углей, в т.ч.активированных;

Сорбенты для очистки городских и промышленных стоков, сорбенты для разлитых нефтепродуктов, сорбенты тяжелых металлов, технологические сорбенты;

Сорбенты медицинского и ветеринарного назначения («Полифепан» и т.п.);

Порообразователь в производстве кирпича и др. керамических изделий (взамен опилок и древесной муки);

Сырье для выработки нитролигнина (понизителя вязкости глинистых растворов, применяемых при бурении скважин);

Наполнитель для пластмасс и композиционных материалов, связующее для композиционных материалов («Арбоформ», лигноплиты и т.п.);

Приготовление органических и органо-минеральных удобрений, структурообразователей для естественных и искусственных почв, гербицид при возделывании некоторых культур (бобовых);

Сырье для производства фенола, уксусной и щавелевой кислот;

Добавка в асфальтобетоны (приготовление лигнино-битумных смесей и пр).

Лигносульфонаты

Лигносульфонаты - водорастворимые сульфопроизводные лигнина, образующиеся при сульфитном способе делигнификации древесины представляющие собой натриевые соли лигносульфоновых кислот с примесью редуцирующих и минеральных веществ.

Товарные лигносульфонаты получают упариванием обессахаренного сульфитного щелока и выпускают в виде жидких и твердых концентратов сульфитно-спиртовой барды (мол. масса от 200 до 60 тыс. и более), содержащих 50-90% сухого остатка. Лигносульфонаты имеют высокую поверхностную активность, что позволяет использовать их в качестве ПАВ в различных отраслях промышленности, например:

В химической промышленности - в качестве стабилизатора, диспергатора, связующего в производстве брикетированных средств защиты растений;

В нефтедобывающей промышленности - в виде реагента для регулирования свойств буровых растворов;

В литейном производстве - в качестве связующего материала формовочных смесей, добавки к противопригарным краскам;

В производстве бетонов и огнеупоров - в качестве пластификатора смесей;

В строительстве для укрепления низкопрочных материалов и грунтов, а также для обеспыливания покрытий дорожных покрытий, в качестве эмульгатора в дорожных эмульсиях;

В сельском и лесном хозяйстве для противоэррозиооной обработки почв;

В качестве сырья для производства ванилина;

Добавка для гранулирования пылящих материалов, антислеживатель.

Сульфатный лигнин

Представляет собой раствор натриевых солей, характеризующихся высокой плотностью и химической стойкостью. Сульфатный лигнин в сухом виде представляет собой порошок коричневого цвета. Размер частиц лигнина, колеблется в широком интервале от 10 (и менее) мкм до 5 мм. Он состоит из отдельных пористых шарообразных частиц и их комплексов с удельно поверхностью до 20 м 2 /г.

Сульфатный лигнин имеет плотность 1300 кг/м 3 . Он растворим в водных растворах аммиака и гидроксидов щелочных металлов, а также в диоксане, этиленгликоле, пиридине, фурфуроле, диметилсульфоксиде.

В сульфатном лигнине промышленной выработки в среднем содержится, %: золы - 1,0-2,5, кислоты в расчете на серную - 0,1-0,3, водорастворимых веществ - 9, смолистых веществ - 0,3-0,4, лигнина Класона - около 85. Лигнин имеет достаточно постоянный функциональный состав. В сульфатном лигнине присутствует сера, массовое содержание которой составляет 2,0-2,5%, в том числе несвязанной - 0,4-0,9 %.

Термическая обработка сульфатного лигнина вызывает его разложение с образованием летучих веществ начиная с температуры 190 о С.

Сульфатный лигнин отнесен к практически нетоксичным продуктам, применяемый в виде влажной пасты не пылит и не пожароопасен.

Направления использования сульфатного лигнина:

Сырье для производства фенолоформальдегидных смол и пластиков;

Связующее для бумажных плит, картонов, древесностружечных и волокнистых плит;

Добавка - модификатор каучуков и латексов;

Стабилизатор химических пен;

Пластификатор бетонов, керамических и огнеупорных изделий;

Сырье для производства активных осветляющих углей «типа коллактивита».

Литература о лигнине и его применениях

Лигнину и техническим лигнинам посвящена очень большая литература (десятки книг, сотни диссертационных работ и тысячи журнальных статей) на всех основных языках. Многие из них доступны и в интернете, см. например, «Лигнин» статья в Википедии.

Для получения первого впечатления можно использовать, например, следующие имеющиеся в сети книги:

Химия лигнина, Ф.Э. Браунс, Д.А. Браунс, М. Лесная промышленность, 1964;

Химия древесины и целлюлозы В.М.Никитин, А.В. Оболенская, В.П. Щеголев М. Лесная промышленность, 1978;

Переработка сульфатного и сульфитного щелоков, под ред. П.Д. Богомолова и С.А. Сапотницкого, М. Лесная промышленность, 1989;

Конструкионные материалы из лигнинных веществ, В.А. Арбузов, М. Экология, 1991.

Примечание . Существующие технологии переработки и делигнификации целлюлозного сырья связаны с большими капиталовложениями и не вполне совершенны с точки зрения экологии и др. факторов. Ученые давно изыскивают другие, более эффективные способы организации целлюлозных и биохимических производств, но пока эти разработки не нашли широких промышленных применений.

Многие противоречивые проблемы развития биохимических производств как в капле воды отражаются в проблеме Байкальского ЦБК, где идет многолетняя борьба за закрытие комбината. Возможно, что комбинат будет закрыт. Конечно, многие жители нашей страны хотели бы жить в столь же экологически чистом месте, как Прибайкалье и пить такую же чистую воду как из Байкала. К сожалению, это невозможно и не скоро будет возможно даже теоретически. На протяжении последних 100-150 лет освоенная территория нашей страны по разным причинам загрязняется быстрее, чем позволяют ее возможности к самоочищению. В какой то степени это плата за экономический прогресс, а в какой то - расплата за легкомыслие или жадность руководителей.

Уровень потребления и производства целлюлозы, бумаги и др. продуктов биохимии считаются для крупных стран важнейшими показателями развитости экономики в целом. Разумеется не биохимики вносят решающий вклад в загрязнение природы разнообразными отходами и вредными веществами, но там где есть крупные биохимические предприятия их вклад в загрязнение атмосферы и водных ресурсов может быть весьма существенным.

Очевидно, что руководители лесохимической подотрасли на протяжении десятилетий вполне успешно шантажировали государство, кажется что это явление продолжается и сейчас. Заложниками, как всегда, становятся работники предприятий, местные жители и «братья наши меньшие». Закрытие и перепрофилирование Приозерского ЦБК уже принесло заметное улучшение экологии Ладожского озера, однако большое количество приозерцев остаются без работы и по сей день, а город Приозерск находится в депрессивном состоянии.

Отрицать возможность использования лигнина в промышленности и сельском хозяйстве было бы неправильно. Десятилетиями сотни научных организаций во всем мире занимаются исследованиями и разработками в области утилизации свежеизвлеченного и хранимого лигнина. Многие из них в разные годы уже внедрены в промышленности. Дополнительную актуальность эти работы получают в свете возросшего в последние годы интереса к решению экологических проблем и к промышленному использованию всей гаммы растительных ресурсов (biorefinery).

Скорее всего решить проблемы рационального развития биохимических производств без государственного внимания не удастся, ибо рынок головы не имеет, а его нервные узлы как у дождевого червяка расположены в пищеводе. Что, собственно говоря, в очередной раз доказал «начавшийся в 2008 г.» экономический кризис. Произошел ли он при помощи знаменитой невидимой его руки или другого сокрытого члена значения не имеет.

Лигнин гидролизный МНН

Международное название: Лигнин гидролизный

Лекарственная форма: гранулы для приготовления суспензии для приема внутрь, паста для приготовления суспензии для приема внутрь, порошок для приготовления суспензии для приема внутрь, порошок для приема внутрь, таблетки

Фармакологическое действие:

Препарат растительного происхождения, получаемый из гидролизного лигнина. Связывает различные микроорганизмы, продукты их жизнедеятельности, токсины экзогенной и эндогенной природы, аллергены, ксенобиотики, тяжелые металлы, радиоактивные изотопы, аммиак, двухвалентные катионы и способствует их выведению через ЖКТ. Оказывает энтеросорбирующее, дезинтоксикационное, противодиарейное, антиоксидантное, гиполипидемическое и комплексообразующее действие. Компенсирует недостаток естественных пищевых волокон в пище человека, положительно влияя на микрофлору толстого кишечника и на неспецифический иммунитет. В отличие от антибактериальных ЛС не приводит к развитию дисбиоза.

Фармакокинетика:

Выводится через кишечник в неизмененном виде.

Показания:

Острые и хронические заболевания ЖКТ различной этиологии: диспепсические расстройства, пищевая токсикоинфекция, диарея, дисбактериоз кишечника, вирусный гепатит, дизентерия, сальмонеллез, холера, колиты. Острые заболевания, сопровождающиеся интоксикацией, гестоз, печеночная и почечная недостаточность. Аллергические заболевания (крапивница, ангионевротический отек, пищевая и лекарственная аллергия), нарушения липидного обмена (атеросклероз, ожирение), состояние после химио- и лучевой терапии. Гинекологические заболевания (бактериальный кольпит, цервицит, бактериальный вагиноз, кандидоз). Стоматологические заболевания (генерализованный пародонтит, периодонтит, стоматит). Необходимость выведения радионуклидов и ксенобиотиков.

Противопоказания:

Гиперчувствительность, запоры, анацидный гастрит.C осторожностью. Сахарный диабет (для гранул, они содержат сахар).

Режим дозирования:

Внутрь, за 1-1.5 ч до приема пищи. Суточная доза для взрослых - 4.8-6.4 г (12-16 таблеток), для детей - 3.8-4 г. При острых состояниях курс лечения - 3-7 дней (до исчезновения симптомов интоксикации, нормализации стула), при хронических - курсами по 10-15 дней с перерывами в 7-10 дней. В виде пасты, порошка или гранул взрослым назначают по 0.5-1 г/кг 3-4 раза в день (1 ст.ложку размешивают в 200 мл воды в течение 2 мин), детям до 1 года - по 1 ч.ложке на прием, 1-7 лет - по 1 дес.ложке, 7 лет и старше - по 1 ст.ложке. Вводят через дренажные системы и зонды в различные отделы ЖКТ (желудок, тонкий и толстый кишечник через гастро-, энтеро- и цекостомы, а также в виде высоких клизм). При зондовом введении разбавляют питьевой водой в отношении 1:5-1:10, в зависимости от объема и места введения. В гинекологии пасту назначают местно, по 10-15 г (1-1.5 ст.ложки), равномерно распределяют в сводах и на стенках влагалища (после предварительного туалета), затем вводят тампон на 2-2.5 ч. При необходимости процедуру повторяют в тот же день, через 12 ч, после удаления предшествующей дозы. Курс лечения - 10 введений, при генитальном дисбактериозе - 20.