Производство активных углей на основе лигнина. Доклад. Получение активных углей на основе лигнина растительных материалов. Условия проведения процесса и аппараты

• Название: Получение активных углей на основе лигнина растительных материалов. Условия проведения процесса и аппараты
• Анкор: Производство активных углей на основе лигнина
• Дата: 18.12.2021
• Размер: 31.58 Kb.
• Имя файла: Доклад.docx
• Тип: Доклад; #308130

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Санкт-петербургский государственный химико-фармацевтический университет (ФГБОУ ВО СПХФУ МИНЗДРАВА РОССИИ)

Кафедра промышленной экологии

Дисциплина: Получение и применение адсорбентов на основе отходов фармацевтических производств

Доклад на тему: «Получение активных углей на основе лигнина растительных материалов. Условия проведения процесса и аппараты»

Выполнила: студентка группы ТБ-1891 Лоскутова Ксения

Преподаватель: Склярова Наталия Анатольевна

Санкт-Петербург

2021 г

Оглавление

Введение 2

Что же такое лигнин? 3

Введение

Ввведение


Что такое лингин?

Получение лингина

Способы получение активированного угля в настоящее время

Процесс получения угля из лингина

Особенности, условия и преимущества

Введение

Активное развитие промышленности и нерациональное использование ресурсов привело к крупномасштабному накоплению твёрдых отходов, ставших серьезной угрозой окружающей среде. В связи с этим встает вопрос утилизации таких отходов или возможности их переработки.

Накопление отходов оказывает существенное влияние на состояние природных комплексов, здоровье населения. В ряде случаев оно является одним из основных признаков возможного отнесения территорий к зонам с чрезвычайной экологической ситуацией. Невысоким коэффициентом использования сырья отличаются отрасли химической переработки древесины (лесохимическая и целлюлозно-бумажная), поэтому их относят к наиболее агрессивным нарушителям экологического равновесия.

Одним из наиболее распространенных промышленных древесных отходов является лигнин. Несмотря на пригодность для переработки в полезные продукты, он практически полностью вывозится в отвалы. Имея высокую кислотность, лигнин стоек к контаминации, что затрудняет его естественное разложение. При этом он закисляет почву, поверхностные и подземные воды, загрязняет воздушный бассейн. На свалках гидролизных предприятий находится свыше 2 млн. т. лигнина.

Наиболее распространенным на данный момент методом утилизации является его сжигание в топках котельных, что нельзя считать рациональным. В данной работе будет рассмотрено получение углеродных адсорбентов из лигнина, как способ рационализации утилизации (переработки) вторичных ресурсов химической переработки древесины.

Что же такое лигнин?

Лигнин – природный биополимер ароматической природы, структурные единицы которого состоят из фенилпропановых производных различного строения. Для макромолекул лигнина характерны нерегулярность строения и поливариантность связей, поэтому макромолекулу лигнина невозможно однозначно описать простой комбинацией связей нескольких (или множества) монолигнолов.

Термин «лигнин» происходит от латинского названия дерева lignum и относится к группе родственных веществ, обладающих общностью состава, строения и химических свойств. Лигнины различных растений разделяются на три обширных класса: лигнины хвойной древесины, лигнины лиственной древесины и лигнины травянистых растений. Наиболее изучены лигнины хвойной древесины, причем лигнины различных хвойных пород весьма близки по свойствам.

Лигнины образуются в растениях в процессе лигнификации в срединной пластинке и клеточной стенке. Окончание лигнификации совпадает с прекращением жизни клетки, поэтому считается, что лигнин является необратимым конечным продуктом метаболизма в растениях.

Лигнин входит в состав всех наземных растений, занимая в растительном мире по количеству второе место после целлюлозы. В одревесневших клеточных стенках аморфный лигнин скрепляет полисахаридные структуры, заполняет пустоты между фибриллами целлюлозы и гемицеллюлоз, придает механическую прочность и устойчивость стволам и стеблям растений. Лигнин придает гидрофобность проводящим клеткам древесины. Лигнин не содержится в грибах, водорослях и лишайниках. Не вполне установлена природа негидролизуемого остатка, получающегося из сфагнового мха (Spagnum magellanicum).

Массовая доля лигнина в древесине хвойных пород составляет около

27– 32 %, в древесины лиственных пород – 18–24 % (до 39–40 % в древесине некоторых пород: кедра, тика, красного железного дерева и др.).

Для лигнинов древесины характерны цветные реакции с рядом органических и неорганических реагентов, используемых для установления одревеснения, например, с флороглюцином – реакция Визнера. Препарат пропитывают 12%-й соляной кислотой и затем наносят каплю 5–10%-го 17 спиртового раствора флороглюцина. Одревесневшие клетки приобретают пурпурно-красную окраску или характерную фиолетовую окраску, интенсивность которой зависит от степени лигнификации. Часто применяют реакцию с перманганатом калия (реакция Мейле). При этом срезы древесины обрабатывают в течение 5 мин 1%-м раствором перманганата, промывают водой, смачивают слабой соляной кислотой, опять промывают, затем смачивают раствором аммиака. Препарат лиственной древесины окрашивается в красный, а хвойной – в желтоватый цвет.

Фенольные соединения, входящие в состав лигнина, выполняют в растениях важные функции. Прежде всего, фенолы одновременно со структурной и опорной функциями выполняют и роль защитных барьеров на пути механических, химических, термических (заморозки, засухи) и, конечно, болезнетворных воздействий. Фенольные соединения играют важную роль в почвообразовании, так как большая часть фенольных соединений в почве присутствует в связанном состоянии, входя в качестве структурных единиц в молекулы гумусовых веществ. Таким образом, содержащиеся в лигнине фенольные соединения могут оказывать благоприятное воздействие на почвенный слой, увеличивая плодородие, что играет важную роль в природно-территориальных комплексах, а органоминеральные структуры на основе лигнина могут быть перспективными аналогами традиционных органических удобрений.

Различают:

• 
  Природный лигнин (протолигнин) – весьма лабильное, легко изменяющееся под внешним воздействием (температурным, химическим и др.) вещество. Поэтому его трудно выделить из растения в малоизмененном виде. Лигнины, полученные различными методами, называют по методу получения, например: солянокислотный, периодатный и др.
  
• 
  Сильно измененными препаратами лигнина являются технические лигнины – отходы химической переработки древесины (гидролизный, натронный, сульфатный и др.).
  

Примечательно, что лигнин не производят специально. Он, как и его химически модифицированные формы, представляет собой отходы биохимического производства. Во время физико-химических методов переработки растительных волокон молекулярная масса лигнина снижается в несколько раз, но растет его химическая активность.

Производство лигнина
Как уже было упомянуто выше, лигнин не изготавливают специально, он и его химически модифицированные формы являются отходами биохимического производства. В ходе физико-химической переработки растительной ткани молекулярная масса лигнина уменьшается в несколько раз, а его химическая активность возрастает.

Из растительных тканей лигнин может быть выделен:

• 
  Растворением углеводных (полисахаридных) компонентов, например их гидролизом в присутствии минеральных кислот (сернокислотный и солянокислый лигнин);
  
• 
  Действием т. н. медноаммиачного р-ра, представляющего собой р-р гидроксида тетраамминмеди (II) в 25%-ном водном рре аммиака [Cu(NH3)4](OH)2 (медно-аммиачный лигнин); окислением периодатом (периодатный лигнин);
  
• 
  Растворением самого лигнина (нагреванием в присутствии щелочи).
  

Под действием озона можно расщеплять лигнин небольшим количеством озона почти без воды, что позволяет уменьшить количество стоков, извлечь его органическими регенерируемыми растворителями.

В гидролизной промышленности получают порошковый, так называемый, гидролизный лигнин.

В целлюлозном производстве образуются водорастворимые формы лигнина. Гидролизный лигнин образуется во время обработки лесоматериалов концентрированной соляной или серной кислотой. При этом температура поддерживается на уровне 180 - 185 °С, а давление около 1216 - 1418 кПа. Как и природный лигнин, гидролизный делят на соответствующие классы. К примеру, третий класс лигнина называют сельскохозяйственным, потому что в промышленности часто применяют отходы сельскохозяйственных растений.

Существуют две основные технологии варки целлюлозы, более распространенная сульфатная варка (щелочная) и менее употребляемая сульфитная (кислотная) варка. Лигнин, получаемый в сульфатном производстве, то есть сульфатный лигнин в большой степени утилизируется в энергетических установках целлюлозных заводов.

В сульфитном производстве образуются растворы сульфитных лигнинов (лигносульфонатов), часть которых накапливается в лигнохранилищах, а часть уходит со сточными водами предприятия в реки и озера.

Обычно методы переработки такой биомассы сводятся к ее варке в химически активных реагентах и разделения получающейся жидкости на фракции. Получается богатая углеводородами субстанция и очень много жидких отходов. Сахара и, следовательно, биотопливо (этанол, бутанол) можно получать из углеводов – но, их значительная часть попадает вместе с жидкими отходами. Специфика лигнина как сырья – постоянное накопление его запасов, образование техногенных месторождений, так как он почти не подвергается биохимическому окислению.

Хотелось бы отметить, что большое содержание углерода в лигнине, его способность к пластификации и гранулированию, высокоразвитая внутренняя поверхность отдельных фрагментов и проявление значительных сорбционных свойств служат предпосылкой для получения на его основе активных углей.

Современные способы получения активированного угля

Гидролизный лигнин является комплексом ве ществ, различных по химической природе. В его состав входят полисахариды, неотмытые при гид ролизе моносахара, минеральные и органические кислоты, смолы, воски, азотистые вещества, золь ные элементы. Большое содержание углерода в лигнине, его способность к пластификации и гранулированию, высокоразвитая внутренняя поверхность отдель ных фрагментов и проявление значительных сор бционных свойств служат предпосылкой для по лучения на его основе активных углей

Список информационных источников:

1. 
   Переработка и применение полимеров. Лигнины: Получение. Свойства. Переработка: учеб, пособие / А.И. Смирнова, Е.Ю. Демьянцева. – СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2021. – 98 с.
   
2. 
   http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/2e2/1-_-lignin_polimernye-kompozity.pdf
   
3. 
   ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ДРЕВЕСНЫХ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕЙ В ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ: научная статья / Е.Ю. Беляев – Химия растительного сырья. 2000. №2. С. 5–15.
   
4.