stringtranslate.com

Лигносульфонаты

Лигносульфонаты (LS) представляют собой водорастворимые анионные полиэлектролитные полимеры : они являются побочными продуктами производства древесной массы с использованием сульфитной варки . [1] Большая часть делигнификации при сульфитной варке целлюлозы включает кислотное расщепление эфирных связей, которые соединяют многие компоненты лигнина . [2] Сульфированный лигнин (SL) относится к другим формам побочного продукта лигнина, например, полученным в результате гораздо более популярного крафт-процесса , которые были обработаны для добавления групп сульфоновой кислоты. Они имеют схожее применение, и их часто путают друг с другом, поскольку SL намного дешевле. [3] LS и SL выглядят как сыпучие порошки; первый светло-коричневый, а второй темно-коричневый. [1]

Лигносульфонаты имеют очень широкий диапазон молекулярных масс (они очень полидисперсны ). Для лигносульфонатов хвойных пород сообщалось о диапазоне от 1000 до 140 000 Да, а для лиственных пород сообщалось о более низких значениях. Сульфированный крафт-лигнин имеет тенденцию иметь более мелкие молекулы с массой 2000–3000 Да. [1] SL и LS нетоксичны, не вызывают коррозии и биоразлагаемы . К LS и SL можно применить ряд дополнительных модификаций, включая окисление, гидроксиметилирование, сульфометилирование и их комбинацию. [3]

Подготовка

Лигносульфонаты

Лигносульфонаты извлекают из отработанных варочных жидкостей (красного или коричневого щелока) сульфитной варки варки. Ультрафильтрацию также можно использовать для отделения лигносульфонатов от отработанной варочной жидкости. [1] Доступен список номеров CAS для различных солей металлов лигносульфоната. [4]

Электрофильные карбокатионы , образующиеся при расщеплении эфира, реагируют с ионами бисульфита (HSO 3 - ) , образуя сульфонаты.

РОР' + Н + → Р + + Р'ОН
Р + + HSO 3 → R-SO 3 H

Основным местом расщепления эфира является α-углерод (атом углерода, присоединенный к ароматическому кольцу) пропильной ( линейной трехуглеродной) боковой цепи. Следующие структуры не уточняют строение, поскольку лигнин и его производные представляют собой сложные смеси: цель - дать общее представление о строении лигносульфонатов. Группы R 1 и R 2 могут представлять собой самые разнообразные группы, встречающиеся в структуре лигнина. Сульфирование происходит по боковым цепям, а не по ароматическому кольцу, как в п-толуолсульфоновой кислоте .

Обобщенная структура лигносульфонатов
Обобщенная структура лигносульфонатов

Сульфированный крафт-лигнин

Крафт-лигнин из черного щелока, который производится в гораздо больших количествах, может быть переработан в сульфированный лигнин. Лигнин сначала осаждают путем подкисления раствора CO 2 , затем промывают (существуют и другие методы выделения). Реакция с сульфитом или бисульфитом натрия и альдегидом в основной среде завершает сульфирование. Здесь группы сульфоновой кислоты оказываются на ароматическом кольце вместо алифатической боковой цепи. [3]

Использование

LS и SL имеют широкий спектр применения. Они используются для стабильного диспергирования пестицидов , красителей , технического углерода и других нерастворимых твердых веществ и жидкостей в воде. В качестве связующего он подавляет пыль на грунтовых дорогах. Это также увлажнитель и средство для очистки воды . [5] В химическом отношении его можно использовать в качестве танина для дубления кожи и в качестве сырья для различных продуктов.

диспергатор

Самое широкое применение лигносульфонатов — это пластификаторы при изготовлении бетона , [1] где они позволяют изготавливать бетон с меньшим количеством воды (давая более прочный бетон), сохраняя при этом способность бетона течь. Лигносульфонаты также используются при производстве цемента , где они действуют как вспомогательные средства для измельчения на цементной мельнице и как дефлокулянт сырьевой смеси ( который снижает вязкость жидкого раствора).

Лигносульфонаты также используются при производстве гипсокартона , чтобы уменьшить количество воды, необходимой для растекания штукатурки и образования слоя между двумя листами бумаги. Снижение содержания воды позволяет сушить гипсокартон при более низких температурах в печи, экономя энергию.

Способность лигносульфонатов снижать вязкость минеральных суспензий ( дефлокуляция ) с успехом используется в нефтяных буровых растворах , где они заменяют дубильные кислоты из квебрахо (тропического дерева). Кроме того, лигносульфаты исследуются для использования при повышении нефтеотдачи пластов (МУН) из-за их способности снижать межфазное натяжение в пенах, что позволяет повысить эффективность вытеснения и, следовательно, увеличить коэффициент нефтеотдачи.

связующее

Помимо использования в качестве диспергаторов, лигносульфонаты также являются хорошими связующими веществами. Они используются в качестве связующих в бумажной бумаге, древесностружечных плитах, линолеуме, угольных брикетах и ​​дорогах.

Они также входят в состав пасты, используемой для покрытия решеток свинец-сурьма-кальций или свинец-сурьма-селен в свинцово-кислотных батареях .

Водные растворы лигносульфонатов также широко используются в качестве нетоксичного пылеподавляющего средства для грунтовых дорожных покрытий, где его в народе, хотя и ошибочно, называют «древесным соком». Дороги, обработанные лигносульфонатами, можно отличить от дорог, обработанных хлоридом кальция, по цвету: лигносульфонаты придают дорожному покрытию темно-серый цвет, а хлорид кальция придает дорожному покрытию характерный коричневый или коричневый цвет. Поскольку связывающие свойства лигносульфонатов не зависят от воды, они, как правило, более полезны в засушливых местах.

Используется в качестве стабилизатора грунта . [6]

Химическое сырье

Окислением лигносульфонатов хвойных пород деревьев получен ванилин (искусственный ванильный ароматизатор).

Диметилсульфид и диметилсульфоксид (важный органический растворитель ) производятся из лигносульфонатов. Первый этап включает нагревание лигносульфонатов с сульфидами или элементарной серой для получения диметилсульфида. Метильные группы происходят от метиловых эфиров , присутствующих в лигнине. Окисление диметилсульфида диоксидом азота дает диметилсульфоксид (ДМСО). [1]

Другое использование

Антиоксидантный эффект лигносульфонатов используется в кормах, силосе и антипиренах.

Поглощение ультрафиолета лигносульфонатами используется в солнцезащитных кремах и биопестицидах.

Лигносульфонат используется в сельском хозяйстве как аналог гуминовых веществ . В качестве кондиционера почвы он в основном используется для улучшения поглощения и удержания удобрений и других питательных веществ. [7] Он способен хелатировать минералы, оставаясь при этом биоразлагаемым, что является улучшением по сравнению с ЭДТА . [8] Дальнейший гидролиз и окисление дает продукт, еще более похожий на гумус , продаваемый как «лигногумат». [9]

Рекомендации

  1. ^ abcdef Лебо, Стюарт Э. младший; Гаргулак, Джерри Д.; МакНелли, Тимоти Дж. (2015). «Лигнин». Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . John Wiley & Sons, Inc., стр. 1–26. дои : 10.1002/0471238961.12090714120914.a01.pub3. ISBN 978-0-471-23896-6.
  2. ^ Э. Сьёстрем (1993). Химия древесины: основы и приложения . Академическая пресса .
  3. ^ abc Аро, Томас; Фатехи, Педрам (9 мая 2017 г.). «Производство и применение лигносульфонатов и сульфированного лигнина». ChemSusChem . 10 (9): 1861–1877. Бибкод :2017ЧСЧ..10.1861А. дои : 10.1002/cssc.201700082 . ПМИД  28253428.
  4. ^ «Список номеров CAS лигносульфонатов» . Проверено 15 октября 2007 г.
  5. ^ Барбара А. Токай (2000). «Химическая биомасса». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a04_099. ISBN 978-3527306732.
  6. ^ Танегонбади, Бахрам; Нурзад, Реза (сентябрь 2017 г.). «Стабилизация глинистого грунта лигносульфонатом». Транспортная геотехника . 12 : 45–55. Бибкод : 2017TranG..12...45T. doi :10.1016/j.trgeo.2017.08.004.
  7. ^ Вурцер, Герхильд К.; Хеттеггер, Хьюберт; Бишоф, Роберт Х.; Факлер, Карин; Поттаст, Антье; Розенау, Томас (23 февраля 2022 г.). «Сельскохозяйственное использование лигносульфонатов». Хольцфоршунг . 76 (2): 155–168. дои : 10.1515/hf-2021-0114. S2CID  245021537.
  8. ^ Чески, Мария Т.; Бенедикто, Ана; Эрнандес-Апаоласа, Лурд; Лусена, Хуан Дж. (28 ноября 2016 г.). «Эффект челнока ЭДТА против прямого эффекта лигносульфоната, обеспечивающего цинком растения морской фасоли (Phaseolus vulgaris L 'Negro Polo') в известковой почве». Границы в науке о растениях . 7 : 1767. doi : 10.3389/fpls.2016.01767 . ПМК 5147430 . ПМИД  28018367. 
  9. ^ Якименко, Ольга; Степанов Андрей; Пацаева Светлана; Хунджуа, Дарья; Осипова, Олеся; Гладков, Олег (3 июля 2021 г.). «Образование гуминоподобных веществ в технологическом процессе синтеза Лигногумата® как функция времени». Разделения . 8 (7): 96. дои : 10.3390/separations8070096 .

Смотрите также