شناسايي كيفي ساختار دو نمونه ليگنين‌ و تعيين كمّي گروه هاي عاملي هيدروكسيل و متوكسيل ليگنين كرافت از طريق استيل دار كردن

Qualitative Structural Characterization of Two Lignin Samples and Quantitative Determination of Hydroxyl and Methoxyl Functional Groups in Kraft Lignin via Acetylation

در این پژوهش، دو نمونه لیگنین، یكی استخراج شده از پساب صنعتی كارخانه چوب و كاغذ ایران (چوكا) تحت عنوان مایع سیاه و دیگری تهیه شده از شركت آلدریچ، مطالعه شدند. لیگنین ابتدا از مایع سیاه آن توسط اسید رقیق رسوب داده شده و سپس با انحلال در تتراهیدروفوران خالص‌سازی شد. ساختار كلی نمونه‌های لیگنین با استفاده از آزمون‌های طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و تشدید مغناطیسی هسته پروتون (1HNMR) شناسایی شدند. نتایج نشان داد كه لیگنین تهیه شده از شركت آلدریچ ساختاری مشابه با لیگنوسولفونات دارد، در حالی كه لیگنین استخراج شده از مایع سیاه فاقد گروه‌های سولفوناتی بوده و از نوع لیگنین كرافت می‌باشد. با استفاده از واكنش‌ استیل‌دار كردن لیگنین كرافت و شناسایی تكمیلی با طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته پروتون (1HNMR)، نسبت تعداد گروه‌های عاملی هیدروكسیل به متوكسی 11/1 به 1 و تعداد گروه‌های هیدروكسیل آن به طور متوسط 91/5 میلی مول بر گرم لیگنین استیل‌دار محاسبه شد؛ كه 53% آن به گروه‌های هیدروكسیل آروماتیكی مربوط بود. با داشتن وزن مولكولی لیگنین استیل‌دار شده كه از آزمون كروماتوگرافی ژل تراوایی برابر1260 گرم بر مول بدست آمد، تعداد متوسط گروه‌های عاملی هیدروكسیل به ازای هر زنجیر لیگنین كرافت استیل دار شده محاسبه و مقدار 44/7 بدست آمد.

In this research, two types of lignin, i.e. one extracted from industrial waste water of the Iran wood and paper (choka) factory as black liquor and another provided from Aldrich company, were studied. Firstly, the lignin was precipitated from its black liquor by a dilute acid and was then purified by dissolving in tetrahydrofuran (THF). Lignin samples were characterized using Fourier transform infrared (FTIR) and proton nuclear magnetic resonance (1HNMR) spectroscopies. It was found from results that the Aldrich lignin has a structure similar with the lignosulfonate while lignin extracted from black liquor does not have a hydrophilic sulfonate group and has a Kraft lignin structure. Using acetylation of Kraft lignin and complementary characterization with 1HNMR spectroscopy, the ratio of hydroxyl functional groups to methoxy groups was calculated to be 1.11 to 1, and amount of the hydroxyl groups was calculated to be 5.91 mmol/g of acetylated lignin, where 53% of the hydroxyl groups is related to the aromatic hydroxyl groups. By having the molecular weight of the Kraft lignin which was obtained from the gel permeation chromatography (GPC) analysis of the acetylated Kraft lignin to be 1260 g/mol, average number of the hydroxyl groups per acetylated lignin chain was calculated to be 7.44.