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木質(zhì)素
復(fù)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 |
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簡介
木質(zhì)素是由3種苯丙烷單元通過醚鍵和碳碳鍵相互連接形成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生物高分子，含有豐富的芳環(huán)結(jié)構(gòu)、脂肪族和芳香族羥基以及醌基等活性基團。
木質(zhì)素是由苯丙烷單元通過碳-碳鍵和醚鍵連接而成的無定形聚合物，是植物界中儲量僅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5000萬噸，其中源自農(nóng)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%，來源甚廣且產(chǎn)量巨大。木質(zhì)素具有非晶態(tài)無序結(jié)構(gòu)，苯丙烷是其基本的結(jié)構(gòu)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(yīng)3類木質(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(fù)合體（Lignin-Carbohydrate Complex），故目前沒有辦法分離得到結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)
木質(zhì)素是構(gòu)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種類型：由紫丁香基丙烷結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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)觀點出發(fā)，木質(zhì)素就是包圍于管胞、導(dǎo)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(yīng)（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)觀點來看，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(shù)量上僅次于纖維素。木質(zhì)素填充于纖維素構(gòu)架中增強植物體的機械強度，利于輸導(dǎo)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(jié)構(gòu)中存在著芳香基、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(yīng)。其中，又以氧化、酞化、磺化、縮聚和接枝共聚等反應(yīng)性能在研究木質(zhì)素的應(yīng)用中顯示著尤為重要的作用，同時也是擴大其應(yīng)用的重要途徑。在此過程中，磺化反應(yīng)又是木質(zhì)素應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提，到目前為止，木質(zhì)素的應(yīng)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(yīng)，引進了磺酸基，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一步發(fā)生水解反應(yīng)，使與木質(zhì)素結(jié)合著的半纖維素發(fā)生解聚，從而使木質(zhì)素磺酸鹽溶出，實現(xiàn)了木質(zhì)素、纖維素與半纖維素的分離，得到了紙漿，同時也使木質(zhì)素的應(yīng)用成為了可能。
分類
- 根據(jù)木質(zhì)素組成的差異，可分為三類愈創(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
- 可作為動物飼料添加劑
應(yīng)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(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。其要點是在濃縮的造紙廢液中加進甲醛制成木質(zhì)素甲醛樹脂，再按比例加入硫磺、氧化鋅、硬脂酸、硫化劑、硫化促進劑、硫化活化劑與橡膠在一定溫度下進行硫化。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(jié)省大量橡膠，又可獲得優(yōu)良性質(zhì)的硫化膠，同時硫化中不會塵土飛揚污染環(huán)境，又使造紙廢液變害為利，有著很大的社會和經(jīng)濟效益。
木鈉的主要用處
利用其粘結(jié)性、分散性、螯合性廣泛應(yīng)用各個行業(yè)，以改善其物理化學(xué)性能，節(jié)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(jié)劑，粘結(jié)力大且解崩性好。
2 礦粉粘結(jié)劑
3 用作混凝土減水劑
摻加量在0.2%-0.3%時，可減少混凝土攪拌時用水量10%-12%，降低水灰比，節(jié)約水泥10%左右，改善混凝土和易性、流動性及抗?jié)B透性，提高混凝土強度和密實性，具有早強效應(yīng)，縮短凝結(jié)時間，提高抗壓強度，同時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
6 其他
研究發(fā)現(xiàn)
美國研究人員發(fā)現(xiàn)，食草動物胃里的一類厭氧真菌能降解植物最堅硬的成分——木質(zhì)素。這一發(fā)現(xiàn)將有助于開發(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(xiàn)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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這家伙太懶了，什么都沒寫！
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