Образование лигнина и возможные пути его утилизации

При перколяционном гидролизе древесного сырья, так же как и при двухфазном гидролизе, остаётся нерастворимый остаток, называемый техническим лигнином. Кроме истинного лигнина, который входит в состав клеточных стенок растений, в состав технического лигнина входит 15-20% непрогидролизованной целлюлозы (трудногидролизуемые вещества), смолы - 7-12%, воска, жиры, гуминовые вещества, зольные элементы - 1-3,0%, неотмытая серная кислота - 0,6-1,5%, метоксильные группы - 10-11%, гидроксильные фенольные группы до 3% [10], влажность 80-90%. Органические вещества лигнина содержат: С - 63,5-65%, Н - 5,4-5,9%, О - 29,1-30,1%, ОСН₃ - 15%. Теплотворная способность сухого гидролизного лигнина составляет 5500-6500 кал/кг, с влажностью 65% – 1500-1650 кал/кг. Выход лигнина от древесины составляет 35-37%. Зола сухого лигнина содержит: СаО - 32,8%, МgО - 0,6%, Fe₂O₃ - 16,5%, SiO₂ - 49,5%, Р₂О₅ - 1,5%. Органические кислоты лигнина представлены в основном муравьиной и уксусной.

Известны очень широкие сферы использования лигнина: в качестве топлива, в металлургии в качестве углеродистого восстановителя, как удобрение в сельском хозяйстве, в производстве строительных материалов, в качестве активированного угля.

Технология полусухого формования лигнина как топлива отрабатывалась на Бобруйском гидролизном заводе. Позже более совершенные схемы сушки и транспортировки лигнина использованы в котельных на Кировском, Волжском и Хакасском гидролизных заводах.

Для использования в качестве восстановителя в металлургической промышленности лигнин брикетируют. Были проведены испытания по брикетированию лигнинов, полученных с различных заводов: Бендерского, Волжского, Зиминского, Шумерлинского.

Установлено, что лигнин можно использовать в качестве удобрения в сельском хозяйстве, как в чистом виде, так и в виде органоминеральных смесей [105].

По своим агрохимическим свойствам лигнин приближается к верховому торфу. Но в отличие от него лигнин содержит ростовые вещества, которые обеспечивают увеличение урожайности зерна, картофеля и др. Лигнин улучшает структуру почв, увеличивает её поглотительную способность, восстанавливает первоначальное плодородие.

Проводились опыты по компостированию лигнина с активным илом, с птичьим помётом, навозом в соотношении 1:1. Компосты созревают через 3-6 месяцев. Навоз и птичий помёт имеют рН 8 и при компостировании нейтрализуют лигнин. Компост имеет следующий состав: азот общий – 2,44%, Р₂О₅ – 0,5%, К₂О – 0,32%, зола – 6,74%, влага – 65%. Данный способ получения компостированных удобрений не требует применения энергоёмких технологий, обеспечивает экологическую безопасность и экономическую эффективность производства.

Возможность использования лигнина и продуктов его модификации в сельском хозяйстве во многом определяется их адсорбционными свойствами, которые создают условия для удерживания питательных веществ и их постепенного выделения, а не быстрого вымывания атмосферными осадками и почвенными водами. Во многих случаях лигнин можно рассматривать не только как пористый адсорбент, но и как вещество, способное к образованию комплексных соединений со многими видами удобрений. На этом основано получение органо-минеральных удобрений из частично разложившегося гидролизного лигнина за счёт его компостирования с минеральными солями, навозом, азотобактерином. При этом срок действия удобрений увеличивается на несколько лет.

Лигнин может использоваться в строительстве. Прессованные изделия из смеси лигнина и отходов бумажной промышленности более прочные, чем изделия из одного лигнина. Проведены испытания по производству древесноволокнистых плит (ДВП) с добавками нейтрализованного лигнина в количестве 30% [106]. Анализ патентной и технической литературы подтверждает возможность использования лигнина для получения прессованных теплоизоляционных, искусственных пористых заполнителей и других материалов, однако степень использования лигнина в строительной индустрии остаётся невысокой.

Производные лигнина также могут найти своё применение в промышленности. Нитролигнин (сунил) – при бурении нефтяных скважин, хлорлигнин – как дубитель для извлечения редких элементов, щелочной активированный лигнин – для производства синтетического каучука, в производстве лигнофенол-формальдегидных смол, в производстве бензолполи-карбоновых кислот, которые используются для изготовления лаков, пластификаторов, клеев и т.д.

Продукты окисления лигнина азотной кислотой – хинонные нитро-поликарбоновые кислоты (ХНПК) по способности стимулировать рост растений не уступают гибберелловой кислоте (ГК). ХНПК в виде аммонийных солей также являются стимуляторами роста растений и могут использоваться в солодоращении, при ферментативном гидролизе для накопления амилолитических и протеолитических ферментов. ХНПК являются составной частью лигностимулирующих удобрений (ЛСУ).

Лигнин можно использовать для получения препарата БП-100, который применяют для бурения скважин [93].

Но, несмотря на столь широкие сферы возможного его использования, лигнин в основном используется как топливо на производстве и в быту [99].

На основе технического лигнина производят энтеросорбент «Полифепан», который применяют для лечения острых желудочно-кишечных заболеваний [108].

Технология производства энтеросорбента «Полифепан». Технология производства «Полифепана» состоит из следующих стадий: обработка лигнина 10% раствором едкого натрия при нагревании, фильтрование, нейтрализация фильтрата 10% раствором серной кислоты, фильтрование, сушка осадка лигнина, дробление, фасовка, стерилизация и упаковка. «Полифепан» выпускают в виде порошка, гранул и таблеток.

Нейтрализованный фильтрат содержит соли гуминовых кислот. Его фасуют, упаковывают и реализуют как стимулятор роста растений.

«Полифепан» производят в ЗАО «Сайнтек» (г.Санкт-Петербург) и в ЗАО «Сти-мед-сорб» (г.Киров).

Дата добавления: 2015-10-02