Vraag 12Lignine: nuttig afval
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- Bedenk eerst hoeveel lignine er in 1,0 kg droog naaldhout zit, want alleen lignine levert de elektronen.
- Reken daarna de hoeveelheid lignine om naar de chemische hoeveelheid overgedragen elektronen, met de gegeven ladingsoverdracht per gram.
- Kijk hoeveel mol waterstof bij de elektrolyse ontstaat uit die elektronen, en let op hoeveel elektronen er per molecuul waterstof nodig zijn.
- Reken de mol waterstof om naar een volume, met een molair volume of dichtheid die je in Binas of de opgave vindt.
Hier verliezen leerlingen punten
- Vergeet niet het massapercentage lignine toe te passen, want niet het hele houtmonster is lignine.
- Let op de eenheden: gram, kilogram en millimol moet je eerst gelijk maken voordat je rekent.
- Laat je tussenstappen zien, zodat je punten kunt krijgen voor elke rekenstap, ook als de eindwaarde afwijkt.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Hout bevat vooral de biopolymeren cellulose en lignine. Bij de isolatie van cellulose voor bijvoorbeeld papier, komt een grote hoeveelheid lignine vrij. De stof lignine kent nog weinig toepassingen. In hout komen ook andere biopolymeren voor, zoals glucomannan. Glucomannan is een polysacharide, opgebouwd uit ( β− D-glucose en D-mannose. De structuur van een molecuul D-mannose is gelijk aan die van ( β− D-glucose, waarbij de stereochemie op C 2 anders is. De koppeling tussen beide monosachariden vindt uitsluitend plaats via de OH -groepen op C 1 en C 4.
Cellulose is een lineair ketenpolymeer van glucose. Cellulose kan door regelmatige stapeling van de ketens kristallijne gebieden vormen. Lignine (zie figuur 1) bevindt zich tussen de ketens van cellulose in hout. figuur 1
Het kraft-proces is het meest gebruikte proces om cellulose te verkrijgen uit hout. Het kraft-proces omvat enkele stappen. Eerst wordt houtpulp wordt met water en chemicaliën verhit, zodat de lignine gedeeltelijk wordt gehydrolyseerd. Daarna wordt cellulose afgescheiden van het mengsel van lignine en chemicaliën. Ten slotte wordt de cellulose gedroogd en de chemicaliën worden deels teruggewonnen. De benodigde warmte voor het drogen van cellulose wordt verkregen door de verbranding van de verkregen lignine. Hierbij wordt ook elektrische energie opgewekt. Het kraft-proces voldoet aan een aantal uitgangspunten van de groene chemie.
De lignine kan mogelijk ook worden toegepast in de elektrochemische productie van waterstof. Deze verloopt efficiënter wanneer hierbij een hulpstof zoals lignine wordt gebruikt. In een onderzoek naar deze toepassing van lignine hebben onderzoekers twee afzonderlijke reacties uitgevoerd: stap 1 Biomassa wordt gemengd met een oplossing van het sterke zuur fosfomolybdeenzuur ( H PMo O of H POM) . 3 12 40 3 stap 2 Elektrolyse van het mengsel dat na enige tijd is ontstaan. De opstelling en de optredende halfreacties zijn in figuur 2 schematisch weergegeven. figuur 2 Bij elk experiment werd in stap 1 telkens 10 mL oplossing gebruikt waarin bij aanvang [POM 3– ] = 0,50 M .
De invloed van de temperatuur op de reacties in stap 1 is onderzocht. In figuur 3 zijn de resultaten weergegeven. figuur 3
In stap 1 en tijdens de elektrolyse ontstaan allerlei figuur 4 nuttige afbraakproducten van lignine. Met behulp van gaschromatografie is onder andere de vorming van vanilline (zie figuur 4) bewezen. Een monster van de aanwezige stoffen werd hiervoor in een polaire kolom ingespoten met decaan als referentiestof.
In een experiment werd een maximale ladingsoverdracht van 18 mmol elektronen per gram lignine bereikt. De lignine was afkomstig van droog naaldhout met een gemiddeld ligninegehalte van 28 massa% .
Bereken het volume in m 3 waterstof dat op deze wijze kan worden geproduceerd met behulp van 1,0 kg droog naaldhout. Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.