Характеристика лигнина

Термин « характеристика лигнина » (или « анализ лигнина ») относится к группе мероприятий в рамках исследования лигнина , направленных на описание характеристик лигнина путем определения его наиболее важных свойств. ^[1] Чаще всего этот термин используют для описания характеристики технических лигнинов с помощью химического или термохимического анализа. Технические лигнины — это лигнины, выделенные из различных биомасс в ходе различных технических процессов, например, при целлюлозы производстве . Наиболее распространенные технические лигнины включают лигносульфонаты (выделенные при сульфитной варке варки целлюлозы), крафт- лигнины (выделенные из крафт-варки черного щелока ), органосольвентные лигнины (выделенные при варке органосольвентной варки), содовые лигнины (выделенные при варке содовой варки) и остаток лигнина после ферментативной обработки биомассы. .

Важные характеристики

Лигнины можно охарактеризовать путем определения их чистоты, молекулярной структуры и термических свойств. ^[2]^[3]^[4] Для некоторых применений могут оказаться важными для определения другие свойства, такие как электрические свойства или цвет. ^{[ нужна ссылка ]}

Чистота

Содержание сухого вещества

Содержание сухого вещества лигнинов представляет собой остаток после сушки при заданных условиях. Любое вещество, летучее в условиях сушки, не включается в содержание сухого вещества. Содержание влаги можно приблизительно определить как 100% минус содержание сухого вещества. Для определения содержания сухого вещества пробу высушивают при температуре 105±2 °С. Массу до и после сушки определяют гравиметрически . Содержание сухого вещества в образце рассчитывают как отношение массы после сушки к массе до сушки.

Содержание лигнина

Содержание лигнина можно определить как сумму количества кислотонерастворимого вещества и кислоторастворимого вещества, поглощающего при 205 нм, после сернокислотного гидролиза в определенных условиях, определяемого гравиметрическим и спектрофотометрическим методами, в миллиграммах на грамм. При определении пробы гидролизуют серной кислотой по двухстадийному методу. Количество лигнина определяют с помощью гравиметрии и спектрофотометрии. ^[5]

Содержание углеводов

Содержание углеводов можно определить как сумму количеств пяти основных нейтральных моносахаридов древесины ; арабиноза , галактоза , глюкоза , манноза и ксилоза в безводной форме, в пробе, в миллиграммах на грамм.При определении пробы гидролизуют серной кислотой по двухстадийному методу. Количества различных моносахаридов определяют с помощью ионной хроматографии (ИК). ^{[ нужна ссылка ]}

Содержание золы

Зольность может быть определена как гравиметрически определенный остаток после воспламенения при определенной температуре в образце в процентах (вес/вес сухого вещества образца).При определении пробу взвешивают в термостойком тигле, высушивают при температуре 105±2°С и прокаливают в муфельной печи при температуре 525±25°С. Затем определяют содержание золы без учета влаги по весу остатка после воспламенения и содержанию влаги в образце. ^{[ нужна ссылка ]}

Содержание металлов/элементов

Содержание металлических элементов (в том числе серы) можно определить как сумму элементов Al, Ba, Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, Si, S и Zn после окисления и кислотного разложения.Металлические элементы можно определить методом оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES) после влажного разложения. При таком определении образцы окисляются перекисью водорода, а затем разлагаются кислотой в закрытом сосуде с использованием аппарата микроволнового кислотного разложения. После охлаждения образцы разбавляют и определяют концентрацию каждого элемента методом ICP-OES. ^{[ нужна ссылка ]}

Извлечение контента

Содержание экстрактивных веществ можно определить как сумму веществ, которые можно экстрагировать петролейным эфиром и которые не испаряются при сушке. Этот материал состоит в основном из жирных кислот , смоляных кислот , жирных спиртов , стеринов , глицеридов и стериловых эфиров . При определении образцы экстрагируют петролейным эфиром, например, в аппарате Soxtec. После экстракции растворители выпаривают и остаток сушат. Обратите внимание, что экстракты петролейного эфира также могут содержать элементарную серу S8, если она присутствует в образце лигнина. Если в высушенных экстрактах выпадает желтоватый осадок, это указывает на наличие серы. ^{[ нужна ссылка ]}

Молекулярная структура

Гидроксильные группы

Основными гидроксильными группами в лигнине являются алифатические (R–OH), фенольные (Ph–OH) и карбоновокислые (R–COOH) гидроксильные группы. Фенольные гидроксильные группы представляют собой сирингильную (S), гваяцильную (G) и п-гидроксифенильную (H) структуры и C5-замещенные (т.е. имеющие β-5, 4-O-5 и 5-5 межзвенные связи) структуры. Гидроксильные группы могут быть определены с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса 31P . При таком определении пробу лигнина растворяют с помощью смеси ДМФА и пиридина (в избытке для количественной реакции) в присутствии внутреннего стандарта (ВС) и релаксационного реагента (РР), а затем фосфитилируют с использованием смеси реагента дериватизации (ДР) и дейтерированного хлороформа. Затем фосфитилированный образец сканируют с помощью 31P-ЯМР-спектроскопии в жидком состоянии, и количественно определяют гидроксильные группы путем интегрирования соответствующих сигналов из полученных 31P-ЯМР-спектров. ^{[ нужна ссылка ]}

Конструктивные элементы

Структурные элементы лигнинов представляют собой строительные блоки макромолекулы, соответствующие мономерам и внутримолекулярным связям.Структурные элементы лигнинов часто определяют методами пиролизной газовой хроматографии-масс-спектрометрии (py-GC-MS) или спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) . ^{[ нужна ссылка ]}

Распределение молярной массы

Распределение молярной массы лигнина описывает взаимосвязь между количеством молей каждого вида молекул лигнина и молярной массой этого вида. В зависимости от применяемого статистического метода могут быть определены различные средние значения. Для лигнинов часто определяют средневесовую молярную массу (Mw) и среднечисленную молярную массу (Mn). Кроме того, часто определяют пиковую молярную массу (Mp).Для крафт-лигнинов молярное массовое распределение можно определить с помощью эксклюзионной хроматографии на водной или органической фазе . ^{[ нужна ссылка ]}

Термические свойства

Температура стеклования

Температура стеклования (Tg) может быть определена как температура, при которой аморфный полимерный материал претерпевает обратимый переход из твердого твердого состояния в более эластичное состояние, что определяется как точка перегиба кривой теплоемкости-температуры, регистрируемой дифференциальным методом. сканирующая калориметрия (ДСК) . При определении образцы часто сушат при 105 °C и затем анализируют методом ДСК в герметичном алюминиевом сосуде, повышая температуру выше Tg и записывая кривую теплоемкость-температура. ^[6]

Электрические свойства

Карбонизированный лигнин можно использовать в электрических устройствах, таких как батареи и суперконденсаторы. Электрические свойства карбонизированного лигнина можно оценить с помощью таких методов, как двух- и четырехточечный метод, импедансная спектроскопия, гальваностатический заряд-разряд и циклическая вольтамперометрия. ^[7]

Ссылки

^ Булковская, Катажина; Гусятин, Зигмунт Мариуш; Климиюк, Ева; Павловский, Артур; Покой, Томаш (8 декабря 2016 г.). Биомасса для биотоплива . ЦРК Пресс. ISBN 9781351850094 . Проверено 17 апреля 2017 г. - через Google Книги.
^ Лупои, Джейсон С.; Сингх, Сима; Партхасарати, Рамакришнан; Симмонс, Блейк А.; Генри, Роберт Дж. (1 сентября 2015 г.). «Последние инновации в аналитических методах качественной и количественной оценки лигнина» . Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 49 : 871–906. дои : 10.1016/j.rser.2015.04.091 .
^ «ИЛИ» . Проверено 17 апреля 2017 г.
^ «Методы испытаний биоперерабатывающего завода – Innventia» . Проверено 17 апреля 2017 г.
^ Алдей, Фредрик; Сьёхольм, Элизабет (декабрь 2011 г.). «COST Action FP0901 Круговой анализ образцов лигнина. Часть 1: Содержание лигнина» (PDF) .
^ «Аналитические методы характеристики лигнина. Дифференциальная сканирующая калориметрия» . Проверено 17 апреля 2017 г.
^ Чупка, Э. Я.; Рыкова, Т.М. (1983). «Электрические свойства лигнина». Химический состав . 19 (1): 78–80. дои : 10.1007/bf00579968 . S2CID 37162447 .

[1] Булковская, Катажина; Гусятин, Зигмунт Мариуш; Климиюк, Ева; Павловский, Артур; Покой, Томаш (8 декабря 2016 г.). Биомасса для биотоплива . ЦРК Пресс. ISBN 9781351850094 . Проверено 17 апреля 2017 г. - через Google Книги.

[2] Лупои, Джейсон С.; Сингх, Сима; Партхасарати, Рамакришнан; Симмонс, Блейк А.; Генри, Роберт Дж. (1 сентября 2015 г.). «Последние инновации в аналитических методах качественной и количественной оценки лигнина» . Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 49 : 871–906. дои : 10.1016/j.rser.2015.04.091 .

[3] «ИЛИ» . Проверено 17 апреля 2017 г.

[4] «Методы испытаний биоперерабатывающего завода – Innventia» . Проверено 17 апреля 2017 г.

[5] Алдей, Фредрик; Сьёхольм, Элизабет (декабрь 2011 г.). «COST Action FP0901 Круговой анализ образцов лигнина. Часть 1: Содержание лигнина» (PDF) .

[6] «Аналитические методы характеристики лигнина. Дифференциальная сканирующая калориметрия» . Проверено 17 апреля 2017 г.

[7] Чупка, Э. Я.; Рыкова, Т.М. (1983). «Электрические свойства лигнина». Химический состав . 19 (1): 78–80. дои : 10.1007/bf00579968 . S2CID 37162447 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]