Окислительная деструкция лигнина и лигноцеллюлозных материалов под действием озона

• Автор: Ковалева, Валентина Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИ ГЕРАТУРЫЙ ОБЗОР

1.1. Строение лигнина

1.2. Связь лигнина с другими компонентами лт ноуглевод

ного комплекса.

1.3 Физикохимические свойства лигнина

1.4. Растворы лигнина

1.5. Взаимодействие модельных соединений лигнина с озоном

1.6. Окисление озоном лигнина

1.7. Кинетика реакции озонолиза лигнина

1.8. Озонирование лигноцеллюлозных материалов и целлюлоз.
1.9.1 роблема делигкификашш.в технологии биоконверсии целлюлозосодержащих материалов.
2. ЭКСПЕРИМЕ1 СТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
2.1. Объекты исследования
2.2. Озонирование лигнина и лигноцеллюлозных материалов
2.2.1. Обработка образцов озоном.
2 2.2. Изучение кинетики озонолиза водных растворов
2.3. Анализ реакционной способности лигноцеллюлозных материалов
2.3.1. Проведение ферментативной реакции. 4,
2.3.2. Определение восстанавливающих сахаров методом
Шомоди Нельсона.
2.4. Физикохимические методы исследования образцов
2.4.1. Спектральные измерения
2.4.2. Молекулярномассовый анализ.
2.4.3. Электронно микроскопическое исследование.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.
3 1 Озонирование лигнина в твердой фазе
3.1.. УФспектры озонированного лигнина.
3.1.2. ИК спектральное изучение озонолиза лигнина.
3.1.3. Молекулярно массовый анализ озонированного лигнина.
3.2. Озонирование лигнина в водных растворах.
3.2.1. Изучение кинетики озонолиза лигносульфоната натрия
3.2.1.1. Новый метод описания кинетики озонолиза в барботажном реакторе.
3.2.1.2. Изучение кинетики озонолиза лигносульфоната натрия
в растворе с помощью нового теоретического метода
3.2.2. Изучение озонолиза лигносульфоната натрия с помощью методов УФ. ИК спектроскопии и гель хроматографии.
3.2.2.1. УФ спектральное исследование озонолиза лигносульфоната натрия.
3.2.2.2. Исследование окисления лигносульфоната натрия
озоном методом ИК спектроскопии.
3.2.2.3. Изучение молекулярно массового распределения озонированного лигносульфоната натрия
3.2.2.4. Обсуждение результатов главы 3.2.2
3.2.3. Влияние условий проведения реакции на озонолиз лигносульфоната натрия.
3.2.3.1. Озонирование при различных .
3.2.3.2. Озонирование в присутствии карбонат ионов
3.2.3.3. Озонирование в присутствии ионов металлов
переменной валентности.
3 3 Влияние озонной предобработки на реакционную
способность лигноцеллюлозных материалов
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Лигнин хвойных пород содержит в основном в качестве мономерного звена конифериловый спирт, ароматическая часть которого представлена гваяцильной группой. В лиственных породах древесины содержится гваяцилсирингильный лигнин 2. Пропановые боковые цепи могут содержать различные функциональные группы гидроксильные, карбонильные альдегидные и кетонные, карбоксильные, ггиленовые двойные связи. При исследовании лигнина установлено, что только одна треть его фенольных гидроксилов свободна, а две трети вовлечены в простую эфирную связь, которая считается главным типом связи в лигнине 3. В соответствии с существующими представлениями о строении макромолекул лигнина, развитыми Фрейде ибер гом, основные типы связей между фенилпропановыми звеньями могут быть представлены структурами, показанными на рис. На рис. Адлером 5. Сложность структуры лигнина обусловлена различием в строении мономерных единиц и, главным образом, многообразием типов связей между единицами. Повидимому, порядок в расположении отдельных структур отсутствует . Ж
4 я
осн
Рис. Основные типы связей между структурными единицами лигнина 1 аарильные 2 ауарильные 3 рарильные 4 диарильные 5 мстиларильные 6 бифенильныс. Рис. Схема строения хвойного лигнина. Связь лигнина с другими компонентами лигноуглеводного комплекса. Как уже говорилось, лигнин является одним из важнейших компонентов биомассы, в состав которой также входят целлюлоза и гемицеллюлоза. Предполагается, что в древесине растений лигнин играет роль связующего вещества, придавая устойчивость к ударам, сжатию, изгибу 5. После удаления лигнина древесина легко распадается на волокна, состоящие в основном из полисахаридов 3. В растительных материалах лигнин располагается между фибриллами целлюлозы и связан с ней и другими компонентами, образуя лигноуглеводный комплекс 4. Часть лигнина валентно не связана с углеводами, поэтому легко экстрагируется органическими растворителями 2,8. Лигнины, выделенные экстракцией спиртом и диоксаном лигнины Браунса и Бьеркмана наиболее близки по составу и свойствам к нативному. Основная часть лигнина ковалентно связана с другими компонентами биомассы. Это затрудняет растворение лигнина даже после того, как он был подготовлен к этому прореагировал с щелочами с получением растворимых в воде фенолятов или с сернистой кислотой с получением лигносульфоновых кислот. Для превращения лигнина в растворимый полимер необходимо разрушить связи сшивки в структуре лигноуглеводного комплекса. До сих пор еще не удалось выделить продукты
деградации лигнинов, в которых бы сохранились химические связи в четко идентифицируемой форме, характер таких связей все еще остается предметом дискуссии. Но на основании того, что связи лигнин углевод разрываются под действием кислот и при нагревании с щелочами, считают, что они являются сложноэфирными 5. Высказывается также предположение о существовании простых эфирных, фенилглигсозидных, полуацетальных и углерод углеродных связей 3,4,5. На рис. З представлены некоторые возможные типы связен лигнин углевод. Следует отметить, что результат дсструктирующего воздействия на лигноуглеводный комплекс определяется тем, какие из трех основных типов связей расщепляются 1 гликозидные. Разные способы получения лигнина характеризуются различным относительным вкладом реакций расщепления перечисленных связей. Методы выделения лигнина из растительного сырья основаны либо на ею растворении, либо на растворении гидролизе углеводных веществ в последнем случае лигнмны остаются в виде нерастворимых осадков 4,5. В обоих случаях происходит химическое модифицирование лигнина. Поэтому лигнины различают не только по растительному источнику, но и по способу получения. Физикохимические свойства лигнина. Большое разнообразие функциональных групп и связей делает лигнин высокореакционноспособным. Реакции лигнина как полимера можно разделить на два типа реакции элементарных звеньев и макромолекулярные реакции. Лигнин обладает характерным свойством полимеров, которое выражается в одновременном протекании реакций нескольких типов 6.