Download to read offline
Lignin, types, potential, application and market
- 1.
- 2. INTRODUCTION Lignin is oneof the main components of plant cell walls. • The second most common natural polymer after cellulose. • Each year, about 40-50 million tons of lignin are exhausted/disposed into the environment. • Plays an important role in providing hardness and durability to plants. • The lignin content in plants varies depending on the type of plant: • Eucalyptus: about 25-30%. • Pine: about 27-30%. • Bamboo: about 20-30%. • Has potential applications in many industries such as energy, pharmaceuticals, chemicals, and materials. Wood structure basics
- 3.
- 4. DIFFERENT TYPE OFLIGNIN by TECHNIQUES • One of the well-known polymer decomposition techniques is lignin liquefaction. The products obtained from the liquefaction process are chemicals such as catechol, guaiacol, and phenol. • Another polymer decomposition process is pyrolysis, which produces pyrolysis products, especially biochar, toluene, benzene, xylene, and bio-oil.
- 5. ĐẶC ĐIỂM CÁCPHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT Phương pháp tách lignin Năng suất lignin Cơ chế quy trình Khối lượng phân tử trung bình (Mn) (Da) Độ tinh khiết Nhóm chức năng nổi bật Độ tan Quá trình tạo lignin Kraft ~ 90% Lignin hòa tan trong dung dịch NaOH và Na₂S. 1,000 - 3,000 Vừa phải Số lượng lớn nhóm phenol. Hàm lượng lưu huỳnh 2-3%. Phân hủy hầu hết các liên kết ether β-O-4. • dung dịch kiềm • dung môi phân cực cao Quá trình tạo sulfite axit ~95% Hòa tan lignin và hemicellulose bằng sulfite. 20,000 - 50,000 Thấp Độ sulfonat hóa cao (hàm lượng lưu huỳnh 4-8%). Giữ lại một phần liên kết β-O-4. • nước • dung môi không hữu cơ Kiềm hóa (tiền xử lý) 60-80% Lignin hòa tan trong các tác nhân kiềm. 4,000 - 6,000 Vừa phải Số lượng lớn nhóm phenol. Không chứa lưu huỳnh. Gắn phân tử nitơ khi sử dụng amonia. Phân hủy các liên kết ether β-O-4. • dung dịch kiềm • dung môi phân cực cao Axit loãng 20-60% Hemicellulose hòa tan trong axit loãng. Lignin bị phân hủy và loại bỏ. 20,000 - 25,000 Vừa phải/ Thấp Số lượng lớn nhóm phenol. Giữ lại một phần liên kết β-O-4. • dung dịch kiềm • dung môi phân cực cao Axit đậm đặc >60% Hemicellulose và cellulose hòa tan trong axit đậm đặc. Lignin bị phân hủy và loại bỏ. <20,000 Vừa phải/ Thấp Số lượng lớn nhóm phenol. Giữ lại một phần liên kết β-O-4. • dung dịch kiềm • dung môi phân cực cao Hóa lỏng, nước nóng ~60% Nước ở nhiệt độ và áp suất cao được sử dụng để hòa tan hemicellulose và lignin. 5,000 - 10,000 Vừa phải Số lượng lớn nhóm phenol. Giữ lại một phần liên kết β-O-4. • dung dịch kiềm • dung môi phân cực cao Hơi nước áp lực ~90% Nước ở nhiệt độ và áp suất cao được sử dụng để phân hủy hemicellulose và lignin. Rửa bằng kiềm hoặc dung môi hữu cơ. 1,000 - 2,500 Vừa phải/ Thấp Số lượng lớn nhóm phenol. Phân hủy các liên kết ether β-O-4. • dung dịch kiềm • dung môi phân cực cao Organosolv 70-90% Dung môi hữu cơ (ví dụ: ethanol) được sử dụng để thủy phân hemicellulose và hòa tan lignin. 1,000 Cao Số lượng lớn nhóm phenol. Lignin không chứa lưu huỳnh. Phân hủy hầu hết các liên kết ether β-O-4. • dung dịch kiềm • dung môi phân cực cao Liên kết ether β-O-4 là một trong những liên kết chính tạo nên cấu trúc phức tạp và bền vững của lignin.
- 6. LIGIN EXTRACTING TECHNIQUES MethodLignin Yield Process Mechanism Average Molecular Weight (Mn) (Da) Purity Prominent Functional Groups Solubility Kraft Lignin Process ~90% Lignin dissolves in NaOH and Na₂S solution. 1,000 - 3,000 Moderate Large quantity of phenol groups. Sulfur content 2-3%. Decomposes most β- O-4 ether bonds. • Alkaline solution • Highly polar solvents Acid Sulfite Process ~95% Lignin and hemicellulose dissolve with sulfite. 20,000 - 50,000 Low High sulfonation degree (sulfur content 4- 8%). Retains part of β-O-4 bonds. • Water • Non-organic solvents Alkaline Treatment (Pretreatment) 60-80% Lignin dissolves in alkaline agents. 4,000 - 6,000 Moderate Large quantity of phenol groups. Sulfur- free. Attaches nitrogen molecules when using ammonia. Decomposes β-O-4 ether bonds. • Alkaline solution • Highly polar solvents Dilute Acid 20-60% Hemicellulose dissolves in dilute acid. Lignin degrades and removes. 20,000 - 25,000 Moderate/Low Large quantity of phenol groups. Retains part of β-O-4 bonds. • Alkaline solution • Highly polar solvents Concentrated Acid >60% Hemicellulose and cellulose dissolve in concentrated acid. Lignin degrades and removes. <20,000 Moderate/Low Large quantity of phenol groups. Retains part of β-O-4 bonds. • Alkaline solution • Highly polar solvents Liquefaction, Hot Water ~60% High-temperature and high-pressure water dissolves hemicellulose and lignin. 5,000 - 10,000 Moderate Large quantity of phenol groups. Retains part of β-O-4 bonds. • Alkaline solution • Highly polar solvents Pressurized Steam ~90% High-temperature and high-pressure water decomposes hemicellulose and lignin. Washed with alkaline or organic solvents. 1,000 - 2,500 Moderate/Low Large quantity of phenol groups. Decomposes β-O-4 ether bonds. • Alkaline solution • Highly polar solvents Organosolv 70-90% Organic solvents (e.g., ethanol) hydrolyze hemicellulose and dissolve lignin. 1000 High Large quantity of phenol groups. Sulfur-free lignin. Decomposes most β-O-4 ether bonds. • Alkaline solution • Highly polar solvents
- 7. LIGNIN BY POTENTIALAPPLICATIONS Lignin - High value Lignin – Mid value Lignin - Low value Châu Âu Bắc Mỹ Nga Châu Á Keo gỗ: 28% Mold: 20% Insulation: 18% Lớp phủ vật liệu: 14% Thẩm thấu giấy: 9% Lớp phủ khác: 9% Các ứng dụng khác: 9%
- 8. PHÂN LOẠI CÁCNHÓM ỨNG DỤNG CỦA LIGNIN Đặc điểm lignin Giá trị Ứng dụng Trọng lượng phân tử Tinh sạch Tan trong Đặc tính Cao Vanillin Thấp Có Nước Tính phản ứng cao Ứng dụng trong dầu mỏ Cao Không Nước phân cực kỳ phân phân cực Hòa tan thuốc nhuộm Cao Có Nước phân cực kỳ phân phân cực Pin axit chì Thấp Có Nước Oxy hóa mạnh Pin Lithium Ion Thấp Có Dung môi Hàm lượng carbon cao Sợi carbon Thấp Có Dung môi Tính phản ứng cao Hydrogel Cao Có Nước phân cực kỳ phân phân cực Trung bình Phụ gia bê tông Cao Không Nước phân cực kỳ phân phân cực Phân bón Cao Có Nước phân cực kỳ phân phân cực Phenol Formaldehyde Thấp Có Dung môi Tính phản ứng cao ABS Thấp Có Dung môi Tính phản ứng cao Polyurethane Thấp Có Dung môi Tính phản ứng cao Phụ gia SX cao su Thấp Có Dung môi Tính phản ứng cao Phụ gia thực phẩm Cao Có Nước phân cực kỳ phân phân cực Thấp Kiểm soát bụi Cao Không Nước phân cực kỳ phân phân cực Viên nén (năng lượng) Biến đổi Không Biến đổi Hàm lượng carbon cao Thức ăn chăn nuôi Cao Có Nước Tính phản ứng cao Chất kết dính nhựa đường Biến đổi Không Không Kỵ nước Dầu lignin Biến đổi Không Dung môi Hàm lượng carbon cao
- 9. PHỔ GIÁ TIỀMNĂNG CỦA CÁC LOẠI LIGNIN
- 10.
Editor's Notes
- #7 The overall phenol formaldehyde market currently accounts for around 6 million tons of resin, but it is recognized that the commercial opportunity for lignin lies within the resole segment of the market, which represents roughly 3 million tons. The typical mole ratio of formaldehyde to phenol in conventional resins ranges from around 1.2-1.9 moles of formaldehyde per mole of phenol.161 This means that for the 3 million tons of resole resins currently available on the market, around 2 million tons is phenol. If lignin is able to then replace around 50% of phenols within this resin mixture, this equates to a total target market of around 1 million tons of lignin required. However, it is not realistic to assume that lignin will be able to capture 100% of this target market, and so a reasonable assumption is that a 10% capture rate would be a better estimate. This indicates that the market potential for lignin in phenol formaldehyde markets is around 100,000 tons.