Приложения за хемицелулози

Хемицелулозите, за разлика от целулозата, не са намерили широко директно приложение поради трудността на изолирането им в чист вид. Едно от малкото изключения е арабогалактан (не е строго казано хемицелулозен полизахарид), който се изолира чрез екстракция от лиственица, за да се получи мед от лиственица, използвана в парфюмерията, козметиката и сладкарството.

По-голямата част от хемицелулозните полизахариди се използват индиректно или в състава на дървесината по време на нейната химична, микробиологична или механохимична обработка, или в състава на технически целулози или други влакнести полуфабрикати при получаване на материали от тях.

Основните области на използване на хемицелулозата в момента са.

Химическа обработка за получаване на монозахариди, фурфурол, хидроксиметилфурфурол, ксилентрихидроксиглутарова и оксалова киселини, ксилитол, глицерин, етиленгликол, пентаеритритол, метанол.

Микробиологична обработка на получените монозахариди за получаване (фуражна мая), етанол, ацетон, лимонена и други киселини.

Механохимична обработка с използване на хемицелулози и продукти от тяхната частична хидролиза като свързващи вещества при производството на пластмаси и плочи на дървесна основа.

Хумифициране на отпадъци от дъскорезници и дървообработване с култури от гъби и термофилни бактерии с цел създаване на хумусни материали за подобряване на почвеното плодородие.

Повишаване на хранителната стойност на грубите растителни фуражи по време на алкални обработки, което води до елиминиране на ацетилните групи и подобряване на смилаемостта от селскостопанските животни, както и за получаване на фуражна меласа за същите цели.

Съвместна изолация с технически целулози (целулоза с висок добив,полуцелулоза) с добив на влакнест полуфабрикат до 80 - 85% от теглото на дървесината.

При производството на хартия малки количества хемицелулоза подобряват нейните качества (плътност, якост, непрозрачност) и увеличават скоростта на набъбване и фибрилация на влакната, големи количества намаляват някои от тях. Наличието на хемицелулоза в промишлени целулози, предназначени за химическа обработка, е нежелателно.

Разработени са няколко обещаващи технологии за производство на различни химически продукти от хемицелулозни полизахариди, но в момента те не са конкурентни на петролните продукти, но перспективите на тези методи в бъдеще са безспорни.

Химия на лигнините

По отношение на тяхното разпространение лигнините са второто по големина органично съединение на повърхността на нашата планета след целулозата.

Смята се, че лигнинът придава на растителните клетки хидрофобност, което им позволява да запазят формата си при контакт с вода и водни разтвори, както и здравина и твърдост, играейки ролята на свързващо вещество в дървото, както и в естествената армирана пластмаса.

Образуването на лигнин в растителните клетки е следствие от тяхната жизнена активност, от една страна, докато натрупването на лигнин в растителна клетка води до прекратяване на нейната жизнена активност, от друга страна, краят на процеса на лигнификация обикновено съвпада с прекратяването на жизнената активност на клетката и лигнинът е необратим краен продукт на растителния метаболизъм.

Класификация на лигнини

Все още не е разработена цялостна класификация както на лигнини като цяло, така и на дървесни лигнини. Причината за това са следните фактори.

Изключителна сложност на биосинтетичните процеси, недостатъчнапознаване на отделните му етапи и в резултат на това непълна яснота в структурата на естествените лигнини.

Трудност при изолирането на лигнини от дървесина в непроменена форма, поради появата на процеси на кондензация и разрушаване в тях, понякога припокриващи се.

Наличието на голям брой изолирани лигнини, както и продукти от тяхната дълбока кондензация или разграждане - "технически лигнини", чийто състав значително зависи от условията на излагане на дървесина и варира в широки граници.

Във връзка с изложеното по-долу класификацията, която се основава на различни признаци, далеч не е перфектна. аз

Иглолистни лигнини.

Лигнини от твърда дървесина. стр. По местоположение.

Дървесни зелени лигнини.

III. По структура.

По методи на подбор

Променен в степен.

Естествените (протолигнините) са много лабилни, лесно се променят под въздействието на външни фактори.

Природен - най-малко променен в сравнение с протолигнините, поради изолиране чрез меки методи (Bjerkman, Browns, Pepper lignin).

Изолираните лигнини, до известна степен променени в сравнение с протолигнините, се изолират по методи с различна твърдост (лигнин на Parves, Freidenberg, Wilstetger, Klasson и др.).

Технически лигнини, които като правило са или дълбоко променени кондензационни продукти на протолигнини.

Методи за изолиране на лигнини

Почти всички методи за изолиране на лигнини имат недостатъци, изолираните препарати не са идентични и се различават в по-голяма или по-малка степен от протолигнините. Съществуващите методи за изолиране на лигнини могат да бъдат разделени на следните групи:

Методи, базирани на освобождаване на лигнин отвъглехидрати чрез хидролиза.

Методи, базирани на извличането му от дървесина с органични разтворители.

Методи, базирани на извличане на лигнин след специално смилане на дървесина.

Методи за екстракция с неорганични разтворители.

Някои методи от група I са в основата на количествения метод за определяне на лигнин в дървесина (лигнини на Klasson, Vilyptetter), местните лигнини (лигнини на Браун, пипер, Bjerkman) се изолират с помощта на методи, принадлежащи към групи II и III, дървесината се делигнифицирана с помощта на методи от група IV, за да се получи целулоза, а образуваните в този случай дълбоко променени продукти от разграждането на лигнина се наричат ​​технически лигнин ns (сода, сулфат, сулфит или гниене).

По-долу са основните методи за изолиране на лигнини, принадлежащи към изброените групи, като в повечето случаи за това се използва извлечена дървесина.

I група методи

Метод със сярна киселина (метод на Koenig): обработка на дърво със 72% сярна киселина в продължение на 48 часа, препаратът от лигнин е неразтворим кафяв прах (лигнин на Klasson).

Метод на солна киселина: обработка на дърво с ултраконцентрирана 42% солна киселина при ниски температури, светлокафяв лигнин, по-малко променен от лигнина на Klasson, но неразтворим в органични разтворители и частично разтворим в алкални разтвори при продължително нагряване (Wilyntetter лигнин).

Медно-амонячен метод: многократно редуващо се третиране на дърво с реактив на Швайцер и 1% солна киселина, тъмно жълт препарат с добив

16% от дърво (cupruxamlignin или Freudenberg lignin).

Периодичен метод на Parves: обработка на дърво 4 - 5%разтвор на натриев перйодат, златисто-кафявият препарат с добив -80% от лигнин на Klasson съдържа около 20% въглехидрати, неразтворим е в органични разтворители, но разтворим във воден разтвор на натриев хидросулфит и дава типични цветни реакции, което предполага неговата лека промяна в сравнение с протолигнин (периодичен лигнин).

5. Промишлена хидролиза на дървесина, обработка на дървесина с 0,5% разтвор на сярна киселина при температура 180 -190 ° C, тъмнокафява маса с добив 35 - 40% дървесина, съдържа 13 - 30% полизахариди, 8 - 15% смоли и мазнини, 1,5 - 2% сярна киселина и 1 - 5% пепел (техн. l хидролиза на лигнин), е един от най-слабо уплътнените препарати на лигнин.

II група методи

1. Екстракция с алкохоли без катализатори: обработка на дървесина с етанол при стайна температура, получаване с добив по-малко от 3% от дървесината (нативен лигнин на Браунс), при извличане на дървесина, частично разрушена от гниене, се получава ензимно изолиран лигнин (биолигнин).

2. Екстракция с алкохоли с помощта на киселинни катализатори (0,2% НС1): обработка на дърво с метанол, етанол, етиленгликол, светлокафяви препарати (метанол-, етанол-, гликолигнин).

Екстракция с диоксан: обработка на дървесина със смес от диоксан и вода в съотношение 9,1 с добавяне на 0,2% солна киселина в атмосфера на инертен газ, сравнително малко модифициран лигнинов препарат (лигнин на Pepper).

Екстракция с диметилсулфоксид: леко модифициран светлокафяв препарат с добив 6% лигнин на Klasson, разтворим в органични разтворители.

5 Обработка с хидротропни разтвори: обработка на дървесина с 40 - 50% разтвори на натриеви соли, ксилен-, толуен-, цимолсулфоноваили бензоена киселина за 5-6 часа при температура 150 - 180 ° C, светлокафяви препарати, разтворими в органични разтворители и алкални разтвори.

6. Обработка с различни киселини.

повишена температура (сулфатен лигнин), препарати с жълто-кремав цвят, разтворими в етанол, ацетон и алкални разтвори.

Методи за киселинна делигнификация на дървесина: обработка на дървесина със сярна киселина, разтвори на нейните киселинни или средни соли на натрий, калций или амоний при повишени температури (сулфитни лигнини или лигносулфонати), силно разтворими във вода, тъмнокафяви продукти.

Препаратите от лигнин, получени чрез IV група методи, са нискомолекулни продукти на дълбоко разрушаване на естествени лигнини.

Таблица 14 Елементен състав на различни препарати от смърчов дървесен лигнин

ЕлементиСъдържание в % в лигнинови препарати
БьоркманФрайденбергЕкстракция с димеилсулфоксид
въглерод63,8466.162.09
Водород6.045.96.07
Кислород29,6828,031,84