Lignin je kompleksni polimeraromatičnihalkohola poznatih kao monolignoli. Najčešće se dobija iz drveta, i integralni je deo sekundarnih ćelijskih zidovabiljaka[1] i nekih algi.[2] Švajcarski botaničar A. P. de Candolle je prvi pomenuo lignin 1813. godine. On ga je opisao kao vlaknasti material bez ukusa, koji je nerastvoran u vodi i alkoholu, mada se može rastvoriti u slabim alkalnim rastvorima, iz kojih se može istaložiti koristeći kiselinu.[3] On je nazvao tu supstancu “lignin”, što je reč izvedena iz latinske reči lignum,[4] sa značenjem drvo. Lignin je jedan od najizobilnijih organskih polimera na Zemlji, čiju zastupljenost jedino prevazilazi celuloza. Lignin se sastoji od 30% nefosilnog ogranskog ugljenika[5] i sačinjava od četvrtine do trećine suve mase drveta.
Osobine lignina
Lignini su visoko umreženi racemskimakromolekuli sa molekulskim masama većim od 10 000 u. Relativno su hidrofobni i aromatičani po prirodi. Stepen polimerizacije je teško izmeriti, pošto zavisi od vremena ekstrakcije i molekula, koji mogu da imaju različite stepene umreženja. Lignini ne bubre i ne rastvaraju se u mineralnim kiselinama, a otporni su i na dejstvo mikroorganizama. Lignini se rastvaraju u rastvoru kalcijum-sulfata i alkalijama na čemu se zasnivaju postupci za dobijanje celuloze (Petrović et al., 2005). Lignini različitih biljnih vrsta se dosta razlikuju. Prirodni lignini podležu hemijskim promenama pod uticajem povišene temperature ili reagenasa. Lignini lako reaguju sa hlorom, što omogućava njihovo uklanjanje u procesu proizvodnje celuloze.
Struktura lignina
Lignini su trodimenzionalni, visoko umreženi makromolekuli, koji su nastali enzimskom polimerizacijom tri vrste substituisanih fenola, koji uključuju: koniferil, sinapil i p-kumaril alkohol, dajući ogroman broj funkcionalnih grupa i veza.
Strukturne formule p-kumaril-, koniferil- i sinapil alkohola
Lignini sadrže metoksi-, acetoksi-, formil- i druge funkcionalne grupe, a u lignoceluloznim sirovinama vezan je za polisaharide, tj. celulozu, poluacetalnim i acetalnim vezama (Watikins et al., 2015). Osnovne jedinice lignana i lignina su kumaril-, sinapil- i koniferil-alkoholi koji se međusobno vezani alkil-alkil, alkil-aril, α,α ; α,β ; β,β ; C-C i C-O-C vezama (Petrović et al., 2005). Šematski prikaz lignina dat je na slici 2 vezama (Watikins et al., 2015).
Šematski prikaz strukture lignina
Dobijanje lignina ekstrakcijom
Postoji širok izbor sirovina za dobijanje lignina: juta, konoplja, pamuk i drvene mase. Stoga, će njihove fizičke i hemijske osobine zavisiti od sirovine i primenjene ekstrakcione metode (Watikins et al., 2015).
Proces dobianja lignina ekstrakcijom odvija se u četri faze prikazane na slici 3:
Šema dobijanja lignina ekstrakcijom
Tretman biomase rastvorom smeše mravlja kiselina/sirćetna kiselina u zapreminskom odnosu 70:30
Biomasa se tretira 85% rastvorom (smeša mravlja kiselina/sirćetna kiselina u zapreminskom odnosu 70:30) na temperaturi ključanja 2 časa. Odnos dodatih količina biomasa / rastvarač je 1:8. Nakon hlađenja pulpe na sobnu temperaturu vlakna se filtriraju i ispiraju 80% mravljom kiselinom i toplom destilovanom vodom.
Tretman pulpe sa rastvorom smeše peroksi mravlja kiselina/peroksi sirćetna kiselina
U sledećoj fazi se vrši izdvajanje lignina iz pulpe. Pulpa se tretira 2 časa na vodenom kupatilu, na 80 °C rastvorom smeše peroksi mravlja kiselina/peroksi sirćetna kiselina (dobija se dodavanjem 35% vodonik peroksida u 85% rastvor mravlja kiselina/sirćetna kiselina). Deligninzovana vlakna se zatim odvajaju od rastvora i ispiraju toplom vodom.
Beljenje
Deligninzovana vlakna se tretiraju 35% rastvorom vodonik peroksida 2 časa na vodenom kupatilu na temperaturi od 8 °C. Na kraju se vrši ispiranje pulpe toplom vodom do potpunog odstranjivanja lignina.
Izolacija lignina
Rastvor nastao posle dobijanja pulpe i nakon procesa deligninzacije zagrevan je na 105 °C. Lignin rastvoren u mravljoj kiselini je istaložen dodavanjem destilovane vode (5 puta vise od koncentrovanog rastvora). Posle filtriranja, lignin je ispran destilovanom vodom i osusen u vakumu nad P2O5 (Watikins et al., 2015; Mankar et al., 2012)
Upotreba lignina
Lignini se primenjuju za izradu : emulgatora, sintetičkih podova, disperzija, boja i goriva za termičku obradu kolovoza (Mankar et al., 2012).
Watkins, D., . Nuruddin, Md ., Hosur, M. ∗, Tcherbi-Narteh,A., Jeelani, S. (2015) Extraction and characterization of lignin from different biomass resources, Journal of materials research and technology , 4(1):26–32.
