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木質(zhì)素
復雜的有機聚合物
基本信息
| 中文名 | 木質(zhì)素 |
| 外文名 | Lignin |
| 作用 | 抗壓 |
| 位于 | 纖維素纖維之間 |
| 化學(xué)品類(lèi)別有機物 | 芳香性高聚物 |
| 地位 | 是世界上第二位最豐富的有機物 |
| 含有部位 | 植物的木質(zhì)部 |
| 成鍵 | 醚鍵和碳碳鍵 |
收起
簡(jiǎn)介
木質(zhì)素是由苯丙烷單元通過(guò)碳-碳鍵和醚鍵連接而成的無(wú)定形聚合物，是植物界中儲量?jì)H次于纖維素的第二大生物質(zhì)資源。作為典型的生物質(zhì)材料，木質(zhì)素是芳香族化合物中少有的可再生資源之一。木質(zhì)素作為植物界繼纖維素之后第二大資源的生物質(zhì)材料，全球每年產(chǎn)量約5000萬(wàn)噸，其中源自農業(yè)殘留物的木質(zhì)素約占10%～20%，源自森林生物質(zhì)材料的木質(zhì)素約占20%～30%，來(lái)源甚廣且產(chǎn)量巨大。木質(zhì)素具有非晶態(tài)無(wú)序結構，苯丙烷是其基本的結構單元，其源自3種芳香醇前體，分別是β-香豆醇、松柏醇和芥子醇，分別對應3類(lèi)木質(zhì)素，即對羥苯基木質(zhì)素、紫丁香基木質(zhì)素和愈創(chuàng )木基木質(zhì)素。
木質(zhì)素主要位于纖維素纖維之間，起抗壓作用。在木本植物中，木質(zhì)素占25%，是世界上第二位最豐富的有機物（纖維素是第一位）。由于自然界中木質(zhì)素與纖維素、半纖維素等往往相互連接，形成木質(zhì)素-碳水化合物復合體（Lignin-Carbohydrate Complex），故目前沒(méi)有辦法分離得到結構完全不受破壞的原本木質(zhì)素。
性質(zhì)
- 木質(zhì)素呈褐色粉末，木材的顏色即是木質(zhì)素造成的。
結構
木質(zhì)素是構成植物細胞壁的成分之一，具有使細胞相連的作用。木質(zhì)素是一種含許多負電集團的多環(huán)高分子有機物，對土壤中的高價(jià)金屬離子有較強的親和力。
因單體不同，可將木質(zhì)素分為3種類(lèi)型：由紫丁香基丙烷結構單體聚合而成的紫丁香基木質(zhì)素（syringyl lignin，S-木質(zhì)素），由愈瘡木基丙烷結構單體聚合而成的愈瘡木基木質(zhì)素（guaiacyl lignin，G-木質(zhì)素）和由對-羥基苯基丙烷結構單體聚合而成的對-羥基苯基木質(zhì)素（para-hydroxy-phenyl lignin，H-木質(zhì)素）；裸子植物主要為愈創(chuàng )木基木質(zhì)素（G），雙子葉植物主要含愈瘡木基-紫丁香基木質(zhì)素（G-S），單子葉植物則為愈創(chuàng )木基-紫丁香基-對-羥基苯基木質(zhì)素（G-S-H）。從植物學(xué)觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，木質(zhì)素就是包圍于管胞、導管及木纖維等纖維束細胞及厚壁細胞外的物質(zhì)，并使這些細胞具有特定顯色反應（加間苯三酚溶液一滴，待片刻，再加鹽酸一滴，即顯紅色）的物質(zhì)；從化學(xué)觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，木質(zhì)素是由高度取代的苯基丙烷單元隨機聚合而成的高分子，它與纖維素、半纖維素一起，形成植物骨架的主要成分，在數量上僅次于纖維素。木質(zhì)素填充于纖維素構架中增強植物體的機械強度，利于輸導組織的水分運輸和抵抗不良外界環(huán)境的侵襲。
由于木質(zhì)素的分子結構中存在著(zhù)芳香基、酚羥基、醇羥基、碳基共扼雙鍵等活性基團，因此可以進(jìn)行氧化、還原、水解、醇解、酸解甲氧基、羧基、光解、酞化、磺化、烷基化、鹵化、硝化、縮聚或接枝共聚等許多化學(xué)反應。其中，又以氧化、酞化、磺化、縮聚和接枝共聚等反應性能在研究木質(zhì)素的應用中顯示著(zhù)尤為重要的作用，同時(shí)也是擴大其應用的重要途徑。在此過(guò)程中，磺化反應又是木質(zhì)素應用的基礎和前提，到目前為止，木質(zhì)素的應用大都以木質(zhì)素磺酸鹽的形式加以利用。在亞硫酸鹽法生產(chǎn)紙漿的工藝中，正是由于亞硫酸鹽溶液與木粉中的原本木質(zhì)素發(fā)生了磺化反應，引進(jìn)了磺酸基，增加了親水性，而后這種木質(zhì)素磺酸鹽在酸性蒸煮液中進(jìn)一步發(fā)生水解反應，使與木質(zhì)素結合著(zhù)的半纖維素發(fā)生解聚，從而使木質(zhì)素磺酸鹽溶出，實(shí)現了木質(zhì)素、纖維素與半纖維素的分離，得到了紙漿，同時(shí)也使木質(zhì)素的應用成為了可能。
分類(lèi)
- 根據木質(zhì)素組成的差異，可分為三類(lèi)愈創(chuàng )木醇木質(zhì)素愈創(chuàng )木醇-芥子醇木質(zhì)素愈創(chuàng )木醇-芥子醇-對羥基苯木質(zhì)素
來(lái)源及用途
- 木質(zhì)素是纖維素工業(yè)的主要副產(chǎn)物
- 可作為高分子原料
- 可作為動(dòng)物飼料添加劑
應用
利用木質(zhì)素作為橡膠補強劑的方法，屬木質(zhì)素在橡膠工業(yè)中應用的技術(shù)領(lǐng)域。其要點(diǎn)是在濃縮的造紙廢液中加進(jìn)甲醛制成木質(zhì)素甲醛樹(shù)脂，再按比例加入硫磺、氧化鋅、硬脂酸、硫化劑、硫化促進(jìn)劑、硫化活化劑與橡膠在一定溫度下進(jìn)行硫化。本發(fā)明可使橡膠中填充大量木質(zhì)素仍不需加軟化劑，這既節省大量橡膠，又可獲得優(yōu)良性質(zhì)的硫化膠，同時(shí)硫化中不會(huì )塵土飛揚污染環(huán)境，又使造紙廢液變害為利，有著(zhù)很大的社會(huì )和經(jīng)濟效益。
木鈉的主要用處
利用其粘結性、分散性、螯合性廣泛應用各個(gè)行業(yè)，以改善其物理化學(xué)性能，節省成本，提高效率。
1 增強劑
在耐火材料、陶瓷制品生產(chǎn)中起到減水、增塑、絮凝等作用，亦可用于鑄造業(yè)，作為輔助粘結劑，粘結力大且解崩性好。
2 礦粉粘結劑
3 用作混凝土減水劑
摻加量在0.2%-0.3%時(shí)，可減少混凝土攪拌時(shí)用水量10%-12%，降低水灰比，節約水泥10%左右，改善混凝土和易性、流動(dòng)性及抗滲透性，提高混凝土強度和密實(shí)性，具有早強效應，縮短凝結時(shí)間，提高抗壓強度，同時(shí)減少混凝土坍落度損失。
用于工業(yè)容器和管道中，起到防垢和緩蝕的作用，提高窗口和管道的使用壽命。
5 水煤漿分散劑
用于火力發(fā)電廠(chǎng)等使用水煤漿的企業(yè)，作為分散劑，提高對煤的分散能力，增加燃煤的發(fā)熱率和利用率，大大降低粉煤灰中的含煤量，同時(shí)減少搭橋和結塊，提高爐體壽命。
6 其他
研究發(fā)現
美國研究人員發(fā)現，食草動(dòng)物胃里的一類(lèi)厭氧真菌能降解植物最堅硬的成分——木質(zhì)素。這一發(fā)現將有助于開(kāi)發(fā)用木質(zhì)素生產(chǎn)生物燃料或精細化學(xué)品的新方法。相關(guān)論文發(fā)表在英國《自然·微生物學(xué)》雜志上。
參考資料
[1]
美研究人員發(fā)現厭氧真菌可降解木質(zhì)素 · 今日頭條-新華社[引用日期2023-03-17]
木質(zhì)素相關(guān)的文章
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