Лигносульфонаты
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Лигносульфонаты (LS) представляют собой водорастворимые анионные полиэлектролитные полимеры : они являются побочными продуктами производства древесной массы с использованием сульфитной варки целлюлозы . [ 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 побочных продуктов 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 ). диапазон от 1000 до 140 000 Да Для лигносульфонатов хвойных пород зарегистрирован , а для лиственных пород - более низкие значения. Сульфированный крафт-лигнин имеет тенденцию иметь более мелкие молекулы при массе 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
[ редактировать ]Лигносульфонаты
[ редактировать ]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 образующиеся карбокатионы, при расщеплении эфира, реагируют с ионами бисульфита (HSO 3 − ) давать сульфонаты.
- РОР' + Ч + → Р + + Р'ОН
- Р + + HSO3 − → Р-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 Р 2 могут быть самые разнообразные группы, встречающиеся в структуре лигнина. Сульфирование происходит на боковых цепях, а не на ароматическом кольце, как в п-толуолсульфоновой кислоте .
Сульфированный крафт-лигнин
[ редактировать ]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 в ароматическом кольце вместо алифатической боковой цепи. [ 3 ]
Использование
[ редактировать ]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
[ редактировать ]Наиболее широкое применение лигносульфонатов — в качестве пластификаторов 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 смеси сырьевой дефлокулянт (который снижает вязкость жидкого раствора).
Лигносульфонаты также используются при производстве гипсокартона , чтобы уменьшить количество воды, необходимое для растекания штукатурки и образования слоя между двумя листами бумаги. Уменьшение 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
[ редактировать ]Помимо использования в качестве диспергаторов, лигносульфонаты также являются хорошими связующими веществами. Они используются в качестве связующих веществ 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
[ редактировать ]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 из метиловых эфиров , присутствующих в лигнине. Окисление диметилсульфида диоксидом азота дает диметилсульфоксид (ДМСО). [ 1 ]
Другое использование
[ редактировать ]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 дают продукт, еще более похожий на гумус , продаваемый как «лигногумат». [ 9 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж 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 .
- ^ Э. Сьёстрем (1993). Химия древесины: основы и приложения . Академическая пресса .
- ^ Jump up to: а б с 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 .
- ^ «Список номеров CAS лигносульфонатов» . Проверено 15 октября 2007 г.
- ^ Барбара А. Токай (2000). «Химическая биомасса». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a04_099 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Танегонбади, Бахрам; Нурзад, Реза (сентябрь 2017 г.). «Стабилизация глинистого грунта лигносульфонатом». Транспортная геотехника . 12 : 45–55. Бибкод : 2017ТранГ..12...45Т . дои : 10.1016/j.trgeo.2017.08.004 .
- ^ Вурцер, Герхильд К.; Хеттеггер, Хьюберт; Бишоп, Роберт Х.; Факлер, Карин; Поттаст, Антье; Розенау, Томас (23 февраля 2022 г.). «Сельскохозяйственное использование лигносульфонатов». Исследования древесины . 76 (2): 155–168. дои : 10.1515/hf-2021-0114 . S2CID 245021537 .
- ^ Чески, Мэри Т.; Бенедикт, Ханна; Эрнандес-Апаоласа, Лурд; Лусена, Джон Дж. (28 ноября 2016 г.). «Эффект челнока ЭДТА и прямое влияние лигносульфоната на обеспечение цинком растений морской фасоли (Phaseolus vulgaris L 'Black полюс') в известковой почве» . Границы в науке о растениях . 7 : 1767. doi : 10.3389/fpls.2016.01767 . ПМК 5147430 . ПМИД 28018367 .
- ^ 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 .
