» » » Дипломная работа: Получение лигнина из растительного сырья Республики Казахстан

Дипломная работа: Получение лигнина из растительного сырья Республики Казахстан

Дипломная работа: Получение лигнина из растительного сырья Республики Казахстан казакша Дипломная работа: Получение лигнина из растительного сырья Республики Казахстан на казахском языке
Содержание
Введение 5
Обзор литературы
1.Понятие о лигнине 6 1.2 Функции лигнина в растениях 7
1.3 Критерии наличия лигнина в растительных тканях 10
1.4 Физические свойства -
1.5 Гидролизный лигнин 12
1.6 Определение влажности древесины 15
1.7 Определение влажности отгонкой воды с неполярным растворителем 16
1.8 Медицинские сорбенты на основе хлопкового гидролизного лигнина 17
1.9 Получение энтеросорбентов на основе целлюлозы и лигнина из
отходов растительного сырья агропромышленного комплекса, их
физико-химические свойства 20
1.10 Выделение лигнинов и исследование их строения 21
1.11 Определение лигнина 22
1.11 Экстрагирование органическими растворителями 24
Экспериментальная часть
2.1 Автоклавное выделение лигнина 28
2.2 Определение содержания лигнина 72 % - ной серной кислотой -
2.3 Определение зольности древесины 30
2.4 Определение зольности методом сжигания 31
Методика экстрагирования в аппарате Сокслета 32

Результаты и их обсуждение 34
Заключение

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1 Понятие о лигнине
Лигнин содержится в древовидных голосемянных и покрытосемянных растениях в количестве от 15 до 36 %, а также во всех других сосудистых растениях. В клеточной стенке лигнин служит не просто "инкрустирующим" веществом. Он снижает проницаемость клеточных стенок в проводящих тканях ксилемы и тем самым играет важную роль в переносе воды, питательных веществ и продуктов метаболизма. Кроме того, лигнин придает жесткость клеточным стенкам и в древесных растениях действует как межклеточное связующее вещество, придавая древесине устойчивость к ударам, сжатию изгибу. Лигнификация делает древесную ткань более стойкой к воздействию микроорганизмов1,2.
Под лигнинами в настоящее время принимают природные полимерные продукты, образующиеся путем энзиматической дегидрогенизационной полимеризации трех основных предшественников – кониферилового 1, синапового 2 и n-кумарового 3 спиртов 3.
Древесина лиственных пород содержит 20—30% лигнина, хвойных — до 50%; у низших растений (водоросли, грибы) и мхов лигнин не обнаружен. Одревесневшие клеточные оболочки обладают ультраструктурой, которую можно сравнить со структурой железобетона: микрофибриллы по своим свойствам соответствуют арматуре, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие — бетону. Химическое строение лигнна. не установлено окончательно. Молекула лигнина состоит из продуктов полимеризации ароматических спиртов; основной мономер — конифериловый спирт 4-6.
Лигнин — аморфное вещество жёлто-коричневого цвета, нерастворим в воде и органических растворителях; окрашивается основными красителями и даёт цветные реакции. Биосинтез лигнина полностью не исследован. Лигнин в промышленности получают как отход при производстве целлюлозы (сульфатный лигнин, лигносульфоновые кислоты) и (гидролизный лигнин). Лигнин является ценным химическим сырьём, используемым пока далеко не полностью. Сульфатный лигнин может применяться как усилитель синтетического каучука, в качестве пластификатора в керамическом производстве и т. п. Лигносульфоновые кислоты используются как дешёвые крепители и связующие в литейном производстве, добавки к шихте при производстве цемента и для других целей. Гидролизный лигнин применяют для получения лигнинового угля, активного угля, при производстве пористого кирпича, для выработки нитролигнина — понизителя вязкости глинистых растворов, применяемых при бурении скважин.
В медицине лигнин, или древесной ватой, называют применяемые для перевязок тончайшие гофрированные листы, которые получают из древесины хвойных деревьев путём механической и химической обработки 4-8.

1.2 Функции лигнина в растениях
Лигнин представляет собой одну из основных составных частей клеточных стенок растительных тканей. Еще в 1838 г. французский исследователь Пайен в результате попеременной обработки древесины азотной кислотой и концентрированной щелочью, а затем этанолом и диэтиловым эфиром выделил вещество, устойчивое к действию этих реагентов. Это вещество получило название целлюлозы. В процессе выделения целлюлозы Пайен наблюдал растворение другого вещества, которое обладало более высоким по сравнению с целлюлозой содержанием углерода. Это вещество, первоначально названное атрисущим растению материалом, позднее получило название «инкрустирующий материал», поскольку, по мнению автора, оно иммобилизует целлюлозу в древесных растениях. Пайен предпринял попытку выделить этот инкрустирующий материал, но она оказалась безуспешной. Однако модификация метода экстракции позволила автору получить серию препаратов, содержащих целлюлозу и инкрустирующий материал в различных соотношениях. Эти препараты получили названия «лигноза», «лигнон», лигниреоза» и «лигнин». Позднее термин «лигнин» был использован для обозначения всего инкрустирующего материала 3,6,7
По мере развития химии древесины понятие «лигнин» приобретало более узкий и определенный смысл, однако и в настоящее время отсутствует строгое определение лигнина. Это связано с недостаточным знанием его химического строения, что в свою очередь обусловлено отсутствием метода выделения лигнина из растительных материалов, который не включал бы использования концентрированных кислот или щелочей или механического воздействия, в той или иной степени изменяющих природный лигнин. А также со сложностью и нерегулярностью строения этого природного полимера, которая вытекает из функций лигнина в растении 1.
По своему распространению на земном шаре лигнин занимает второе место среди органических веществ после целлюлозы. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что полилигнолы никогда не встречаются в природе без полисахаридов, в то время как последние часто встречаются без лигнина. Полилигнолы входят в состав одревесневших клеточных стенок всех наземных растений.
Согласно данным большинства исследователей, лигнин впервые обнаруживается в растениях семейства папоротниковых и его появление связывается с выходом растений на сушу и возникшей в связи с этим необходимостью обеспечения механической прочности стеблей и стволов. Фрёйденберг еще в 1931 г. высказал предположение, что лигнин играет роль наполнителя, пронизывающего стенки растительных клеток и вместе с гемицеллюлозами заполняющего пространство между целлюлозными фибриллами, и в этом отношении его можно сравнить с цементом в армированном бетоне 9
Роль клея предопределяет и структуру лигнинов. Она может быть менее правильной, менее регулярной. Молекулы полилигнолов, имея трехмерную структуру, должны заполнять пространство между пучками целлюлозных цепей. Если от целлюлозы, играющей роль основного строительного материала в растительных тканях и обусловливающей прочность стволов и стеблей на разрыв, требуется регулярная линейная структура молекул с возможностью осуществления большого количества водородных связей между ними, то для клея такой регулярности строения не требуется. Поэтому, как будет показано ниже, в процессе биосинтеза лигнина в растении в какой-то мере играет роль случайность, которая в свою очередь обусловливает нерегулярность н трехмерность строения макромолекул лигнинов 9-10.
Работы последних лет свидетельствуют о том, что функции лигнина в растительном организме, очевидно, более многообразны, чем роль цементирующего материала, обеспечивающего механическую прочность стволов. Так Фурст, исследуя процесс лигнификации у различных по устойчивости к мучнистой ложной росе видов лука, показал, что проводящая система листьев устойчивых и слабопоражаемых видов по сравнению с восприимчивыми видами раньше дифференцируется и в стенках ее элементов степень лигнификации выражена сильнее. На основании полученных результатов автор пришел к заключению, что одновременность протекания процессов дифференциации проводящих элементов и лигнификации трахеид является одним из признаков, обусловливающих устойчивость некоторых видов лука к мучнистой ложной росе 11-12.
Результаты, полученные рядом исследователей, показали, что воздействие низких температур на древесные растения, как в естественных условиях, так и при к искусственном промораживании приводит к увеличению содержания лигнина. Исследуя изменения в содержании лигнина в однолетних побегах винограда и яблонь в течение осенне-зимне-весеннего периода, Канцер показал, что процесс лигнификации является динамичным и не ограничивается периодом вегетации древесных растений, а продолжается в течение осени и зимы. На основании результатов сравнительного исследования динамики содержания лигнина у различных по морозостойкости сортов винограда и яблонь авторы работ пришли к заключению о том, что степень лигнификации (особенно в критические периоды зимовки) является признаком степени морозостойкости исследуемых пород и сортов древесных культур. Наблюдаемое уменьшение содержания лигнина на ранних стадия вегетации Канцер связывает с тем что продукты распада части лигнина в этот период используются в процессе биосинтеза лигнина во вновь образуемых клетках растущих тканей древесных растений. Аналогичный процесс раздревеснения или естественной делигнификации наблюдался ранее рядом исследователей.6,12,13

1.3 Критерии наличия лигнина в растительных тканях
В растительных тканях часто присутствуют полифенолы, которые по некоторым свойствам похожи на лигнин , - это напрмер, фенольные кислоты коры, "кино" в древесине эвкалипта, полимерные вещества мхов и тропических деревьев. В большинстве случаев идентификация лигнина представляет сравнительно простую задачу. Для этой цели используют флуоресценцию лигнина в ультрафиолетовом свете и специфические цветные реакции, в том числе с солянокислым раствором флороглюцина (реакция Визнера), с сафронином, а также реакцию Мейле, положительную для лигнинов с большим содержанием сирингилпропановых единиц. Для установления распределения лигнина в ткани применяют УФ и ИК-спектры поглощения.13
К химическим методам идентификации и характеристики лигнинов относятся следующие:
1 Выделение лигнина Класона путем гидролиза углеводных компонентов серной кислотой.
2 Превращение лигнинов в лигнотиогликолевые кислоты и диоксанлигнины.
3 Выделение "кетонов Гибберта" из продуктов этанолиза лигнина
4 Нитробензольное окисление с образованием характерных альдегидов
5 Гидрогенолиз с образованием мономерных фенилпропановых производных и расщепление лигнина металлическим натрием в жидком аммиаке.1

1.4Физические свойства лигнина
Оценивая результаты, полученные при физических опытах с препаратами лигнина, следует учитывать, что лигнин является длиноцепным полимером, а не гомогенным соединением. Вероятно, этот полимер разветвлен и, подобно целлюлозе разнообразен по длине своих цепей, а следовательно, и по величине молекул.
Древесная целлюлоза построена почти целиком из структурных звеньев ангидрида глюкозы, связанных друг с другом по единому образцу. Лигнин же образован из структурных звеньев, варьирующих в зависимости от вида растения и связанных по-разному. При этом соотношение структурных звеньев между собой может быть неодинаковым в лигнинах различного происхождения.
Природный лигнин чувствителен даже к мягким химическим реагентам. Так, во время своего выделения лигнин подвергается структурным изменениям, которые влияют на его физические свойства. Как в целлюлозе, соотношение концевых альдегидных групп изменяется вместе с длиной цепей, так и в лигнине число карбонильных и фенольных гидроксильных групп в структурных концевых звеньях изменяется вместе с длиной и разветвлением последних. Число этих групп в низкомолекулярном препарате лигнина может быть более высоким, чем в низкомолекулярном. Поскольку физические свойства лигнина легко изменяются при его предварительной обработке, и так как структура лигнина еще неизвестна, не следует придавать большого значении результатам, полученным при опытах по изучению физических свойств.7,14,

1.5 Гидролизный лигнин
Гидролизный лигнин представляет собой опилкоподобную массу с влажностью 65-70%. По своему составу это комплекс веществ, в который входят собственно лигнин растительной клетки, часть полисахаридов, группа веществ лигногуминового комплекса, неотмытые после гидролиза моносахара минеральные и органические кислоты, зольные и другие вещества.
Содержание в лигнине собственно лигнина колеблется в пределах 40-88 %, трудногидролизуемых полисахаридов от 13 до 45 % смолистых и веществ лигногуминового комплекса от 5 до 19 % и зольных элементов - от 0.5 до 10 %. Зола гидролизного лигнина в основном наносная. Гидролизный лигнин характеризуется большим объемом пор, приближающимся к пористости древесного угля, высокой реакционной способностью по сравнению с традиционными углеродистыми восстановителями и вдвое большим в сравнении с древесиной содержанием твердого углерода, достигающий 30 %, т.е. почти половины углерода древесного угля 15,16.
Гидролизный лигнин отличает способность переходить в вязкопластическое состояние при наложении давления порядка 100 МПа. Это обстоятельство предопределило одно из перспективных направлений использования гидролизного лигнина в виде брикетированного материала.
Установлено, что лигнобрикеты являются высококалорийным малодымным бытовым топливом, качественным восстановителем в черной и цветной металлургии; заменяющим кокс, полукокс и древесный уголь, а также могут служить для производства угля типа древесного и углеродистых сорбентов.
Исследовательские и опытно промышленные работы ряда организаций показали, что брикетированный гидролизный лигнин может являться ценным сырьем для металлургической, энергетической и химической отраслей народного хозяйства страны, а также высокосортным коммунально-бытовым топливом .16
К внедрению могут быть рекомендованы технологические разработки, позволяющие получать следующую брикетированную лигнопродукцию:
- лигнобрикеты для замены традиционных углеродистых металлургических восстановителей и кусковой шихты в производстве кристаллического кремния и ферросплавов;
- малодымные топливные лигнобрикеты;
- брикетированный лигнинный уголь взамен древесного в химической промышленности;
- углеродистые сорбенты из лигнобрикетов для очистки промстоков и сорбции тяжелых и благородных металлов;
- энергетические брикеты из смеси с отсевами углеобогащения 18-20.
Лигнобрикеты представляют собой высококачественное топливо с теплотой сгорания до 5500 ккал/кг, и низким содержанием золы. При сжигании брикеты лигнина горят бесцветным пламенем, не выделяя коптящего дымового факела.
Плотность лигнина равна 1,25-1,4 г/см3. Коэффициент преломления равен 1,6. Гидролизный лигнин имеет теплотворную способность, которая для абсолютно сухого лигнина составляет 5500-6500 ккал/кг для продукта с 18-25% - ной влажностью 4400-4800 ккал/кг, для лигнина с 65%-ной влажностью 1500-1650 ккал/кг18.
По физико-химической характеристике лигнин представляет собой трехфазную полидисперсную систему с размерами частиц от нескольких миллиметров до микронов и меньше.
Исследования лигнинов, полученных на различных заводах, показали, что состав их характеризуется в среднем следующим содержанием фракций: размером больше 250 мкм - 54-80%, меньше 250 мкм - 17-46%, меньше 0,2-4,3%.
По структуре частица гидролизного лигнина не является плотным телом, а представляет собой развитую систему микро- и макропор; величина его внутренней поверхности определяется влажностью (для влажного лигнина она составляет 760-790 м2/г, а для сухого всего 6 м2/г) 18,19..
Как показали многолетние исследования и промышленные испытания, проведенные целым рядом научно-исследовательских, учебных и промышленных предприятий, из гидролизного лигнина можно получать ценные виды промышленной продукции.
Для энергетики - из исходного гидролизного лигнина можно изготавливать брикетированное коммунально-бытовое и каминное топливо, а из смеси лигнина с отсевами углеобогащения - производить брикетированное энергетическое топливо.
Порошкообразный лигнин пригоден в качестве активной добавки в дорожные асфальтобетоны, а также для добавки к мазуту при его использовании в энергетике и металлургии 18,19,20
Гидролизный лигнин, используемый в качестве минерального порошка, позволяет:
Повысить качество асфальтобетонов (прочность на 25%, водостойкость на 12%, трещиностойкость (хрупкость) с -14 С до -25 С) за счет дополнительной модификации нефтяного битума;
Экономить дорожно-строительные материалы:
нефтяной битум на 15-20%;
известковый минеральный порошок на 100%;
Значительно улучшить экологическую обстановку в зоне складирования отходов;
Возвратить плодородные земли, занятые в настоящее время под отвалы.
Таким образом, проведенные исследования по применению гидролизного лигнина в производстве асфальтобетонов показывают, что имеются возможности значительного расширения сырьевой базы материалов для строительства современных автодорог (федеральных, региональных и городских), при одновременном повышении качества их покрытия за счет модификации нефтяных битумов гидролизным лигнином и полной замены дорогостоящих минеральных порошков. 1,18,20

1.6 Определение влажности высушиванием
Этот метод наиболее простой, хорошо воспроизводимый и достаточно точный для большинства случаев, однако в известной степени условный. При высушивании могут удаляться летучие вещества, что приводит к завышению значения влажности, Сушка может сопровождаться окислением компонентов древесины, в результате чего увеличивается ее масса вследствие присоединения кислорода.
Анализ обычно проводят высушиванием навески древесины (около 1 с или более) в бюксе (стеклянном или алюминиевом) до постоянной массы при температуре 100... 105°С. При температуре ниже 100°С удаление воды может быть неполным, а при температуре выше 105°С может наблюдаться деградация компонентов древесины, приводящая к потере массы 21
Методика анализа. Чистый пустой бюкс (вместе с крышкой в открытом виде) высушивают в сушильном шкафу при до постоянной массы. В бюкс помещают навеску опилок массой около 1г, и сушит с навеской в течение З ч. Перед извлечением из сушильного шкафа бюкс закрывают крышкой, а затем помешают в эксикатор и после охлаждении взвешивают. Время охлаждения должно быть строго постоянным. Перед взвешиванием крышку бюкса на короткое время приоткрывают, чтобы уравнять давление воздуха. Повторяют сушку по 1 ч (с последующим охлаждением и взвешиванием) до постоянной массы 21-22.


Относительную влажность древесины, %, рассчитывают по формуле:
W=m1 - m2/ m1- m (1)
где m - масса пустого бюкса, с; m1— масса бюкса с навеской до высушивания, ; m2— масса бюкса с навесной после высушивания, с.
расхождение между результатами двух параллельных определений не должно превышать 0,5%.
Коэффициент сухости древесины вычисляют по формуле:
Ксух = 100 – W/100 = m2 - m1/ m1- m (2)

1.7 Определение влажности отгонкой воды с неполярным растворителем
Метод основан на отгонке воды е виде азеотропной смеси с несмягчающимся с водой органическим неполярным растворителем. В качестве растворителя чаще всего используют толуол или ксилол. Предпочтительнее применять толуол из-за низкой точки кипения (110ч) по сравнению с ксилолом (139ч), так как при более высокой температуре может наблюдаться разложение полисахаридов с выделением воды. Количество отогнанной воды определяют либо измерением ее объема (в градуированном приемнике), либо взвешиваннем (после слива из приемника).
Этот метод особенно пригоден для определения влажности древесины с высоким содержанием летучих компонентов. Ошибку в результаты анализа вносят летучие вещества, растворимые в воде. Для получения достаточно точных данных необходимо применять большие навески 23....



Полную версию материала можете скачать через 30 секунд !!!

Автор: nurgul95 | 18 |


Загрузка...
Читайте также
Дипломная работа: Система совершенствования таможенного контроля
Сборник дипломных работ [бесплатно]
Дипломная работа: Система совершенствования таможенного контроля
Дипломная работа: Совершенствования таможенного контроля в РК
Сборник дипломных работ [бесплатно]
Дипломная работа: Совершенствования таможенного контроля в РК
Дипломная работа: Таможенный контроль в республике казахстан
Сборник дипломных работ [бесплатно]
Дипломная работа: Таможенный контроль в республике казахстан
Дипломная работа: Унификация процедур таможенный контроль в Республике Казахстан
Сборник дипломных работ [бесплатно]
Дипломная работа: Унификация процедур таможенный контроль в Республике Казахстан
Дипломная работа: Линейные уравнения второго порядка функция Грина
Сборник дипломных работ [бесплатно]
Дипломная работа: Линейные уравнения второго порядка функция Грина
Дипломная работа: Однородные и неоднородные линейные уравнения второго порядка функция Грина
Сборник дипломных работ [бесплатно]
Дипломная работа: Однородные и неоднородные линейные уравнения второго порядка функция Грина
Презентация (слайд): 1 декабря - День Первого Президента Республики Казахстан (Мой Президент)
Сборник презентаций и слайд-шоу
Презентация (слайд): 1 декабря - День Первого Президента Республики Казахстан (Мой Президент)
Презентация (слайд): 1 декабря - День Первого Президента Республики Казахстан
Сборник презентаций и слайд-шоу
Презентация (слайд): 1 декабря - День Первого Президента Республики Казахстан

RU / Сборник дипломных работ [бесплатно], скачать Получение лигнина из растительного сырья Республики Казахстан бесплатно дипломную работу, база готовых дипломных работ бесплатно, готовые Химия дипломные работы скачать бесплатно, дипломная работа скачать бесплатно казахстан, Получение лигнина из растительного сырья Республики Казахстан, скачать Получение лигнина из растительного сырья Республики Казахстан бесплатно дипломную работу база готовых дипломных работ бесплатно готовые Химия дипломные работы скачать бесплатно дипломная работа скачать бесплатно казахстан Получение лигни, Дипломная работа: Получение лигнина из растительного сырья Республики Казахстан