ลิกนิน: โครงสร้าง คุณสมบัติ และการประยุกต์ใช้เพื่อสิ่งแวดล้อม

ผู้แต่ง

  • ฐาปกรณ์ คำหอมกุล คณะสาธารณสุขศาสตร์ มหาวิทยาลัยอีสเทิร์นเอเชีย
  • สุธาสินี ผากา คณะสาธารณสุขศาสตร์ มหาวิทยาลัยอีสเทิร์นเอเชีย

คำสำคัญ:

ลิกนิน, พอลิเมอร์ชีวภาพ, การบำบัดมลพิษ, วัสดุชีวภาพ, อนุภาคนาโนลิกนิน

บทคัดย่อ

ลิกนินเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพ (biopolymer) ที่พบในผนังเซลล์พืช ลิกนินมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและมีกลุ่มฟังก์ชันที่หลากหลาย ซึ่งส่งให้คุณสมบัติของลิกนินมีความโดดเด่นและสามารถทำปฏิกิริยากับสารเคมีได้หลายชนิด ลิกนินจึงถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบทางเลือกสำหรับแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมและการขาดแคลนทรัพยากรธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้ลิกนินในการกำจัดสารมลพิษที่ปนเปื้อนในน้ำและดิน ลิกนินได้รับการพัฒนาเป็นถ่านกัมมันต์สำหรับดูดซับก๊าซเรือนกระจกที่เป็นสาเหตุของปัญหาโลกร้อน ลิกนินถูกใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเป็นวัสดุทางการแพทย์และวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เช่น สารต้านเชื้อแบคทีเรียและเชื้อรา แคปซูลสำหรับบรรจุยา และพลาสติกชีวภาพ นอกจากนี้การประเมินวัฏจักรชีวิตของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากลิกนินแสดงให้เห็นว่า การปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกลดลง สำหรับความเป็นไปได้ทางเศรษฐศาสตร์ของการใช้ลิกนินเป็นวัสดุทดแทน พบว่า มีแนวโน้มต้นทุนการผลิตจะสูงขึ้นมากกว่าการใช้วัสดุแบบเดิม เนื่องมาจากข้อจำกัดเกี่ยวกับเทคโนโลยีการผลิตและความเข้าใจในโครงสร้างและลักษณะทางสัณฐานวิทยาของลิกนิน อย่างไรก็ตามทั่วโลกจะให้ความสนใจลิกนินมากขึ้น แต่การใช้งานในปัจจุบันเน้นไปที่การผลิตพลังงานผ่านการเผาไหม้เป็นหลัก ดังนั้นความท้าทายหลักจึงอยู่ที่การปรับปรุงคุณสมบัติเชิงโครงสร้างของลิกนินให้เหมาะสมและเพิ่มคุณภาพควบคู่ไปกับการพัฒนาวิธีการสกัดที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเพื่อรองรับการนำไปใช้ในอุตสาหกรรม การพัฒนาการใช้ลิกนินในลักษณะดังกล่าวสามารถช่วยอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในระยะยาวได้อย่างมาก

เอกสารอ้างอิง

Agustiany, E. A., Rasyidur Ridho, M., Rahmi DN, M., Madyaratri, E. W., Falah, F., Lubis, M. A. R., & Fudholi, A. (2022). Recent developments in lignin modification and its application in lignin‐based green composites: a review. Polymer Composites, 43(8), 4848-4865. https://doi.org/10.1002/pc.26824

Bajwa, D. S., Pourhashem, G., Ullah, A. H., & Bajwa, S. G. (2019). A concise review of current lignin production, applications, products and their environmental impact. Industrial Crops and Products, 139, 111526. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111526

Bertella, S., & Luterbacher, J. S. (2020). Lignin functionalization for the production of novel materials. Trends in Chemistry, 2(5), 440-453. https://doi.org/10.1016/j.trechm.2020.03.001

Boquera, L., Olacia, E., Fabiani, C., Pisello, A. L., D’Alessandro, A., Ubertini, F., & Cabeza, L. F. (2021). Thermo-acoustic and mechanical characterization of novel bio-based plasters: The valorisation of lignin as by-product from biomass extraction for green building applications. Construction and Building Materials, 278, 122373. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122373

Börcsök, Z., & Pásztory, Z. (2021). The role of lignin in wood working processes using elevated temperatures: An abbreviated literature survey. European Journal of Wood and Wood Products, 79, 511-526. https://doi.org/10.1007/s00107-020-01637-3

Casimiro, F. M., Costa, C. A., Vega-Aguilar, C., & Rodrigues, A. E. (2022). Hardwood and softwood lignins from sulfite liquors: Structural characterization and valorization through depolymerization. International Journal of Biological Macromolecules, 215, 272-279. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.06.067

Chauhan, P. S., Agrawal, R., Kumar, R., Gupta, R. P., & Ramakumar, S. S. V. (2022). Next generation applications of lignin derived commodity products, their life cycle, techno-economics and societal analysis. International Journal of Biological Macromolecules, 197, 179-200. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.12.146

Chen, M., Li, Y., Liu, H., Zhang, D., Shi, Q. S., Zhong, X. Q., & Xie, X. B. (2023). High value valorization of lignin as environmental benign antimicrobial. Materials Today Bio, 18, 100520. https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2022.100520

Damayanti, D., Wulandari, Y. R., & Wu, H. S. (2020). Product distribution of chemical product using catalytic depolymerization of lignin. Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis, 15, 432-453. https://doi.org/10.9767/bcrec.15.2.7249.432-453

Djajadi, D. T., Jensen, M. M., Oliveira, M., Jensen, A., Thygesen, L. G., Pinelo, M., & Meyer, A. S. (2018). Lignin from hydrothermally pretreated grass biomass retards enzymatic cellulose degradation by acting as a physical barrier rather than by inducing nonproductive adsorption of enzymes. Biotechnology for Biofuels, 11, 1-13. https://doi.org/10.1186/s13068-018-1085-0

Durmaz, E., Sertkaya, S., Yilmaz, H., Olgun, C., Ozcelik, O., Tozluoglu, A., & Candan, Z. (2023). Lignocellulosic bionanomaterials for biosensor applications. Micromachines, 14(7), 1450. https://doi.org/10.3390/mi14071450

Enayathali, S. S., & Nachiappan, V. (2024). Environment friendly soil stabilization using lignin biopolymer. International Research Journal on Advanced Engineering Hub, 2(6), 1600-1605. https://doi.org/10.47392/IRJAEH.2024.0219

Fu, F., Luo, J., Zhao, L., Yang, F., & Wang, N. (2024). Impact of cellulose and lignin on restoration of vegetation and soil chemical properties for saline-alkali soil of songnen plain. Plos One, 19(1), e0296366. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0296366

Hasan, M. S., Sardar, M. R., Shafin, A. A., Rahman, M. S., Mahmud, M., & Hossen, M. M. (2023). A brief review on applications of lignin. Journal of Chemical Reviews, 5(1), 56-82. https://doi.org/10.22034/jcr.2023.359861.1186

He, L., Dai, Z., Liu, X., Tang, C., & Xu, J. (2021). Effect of alkaline lignin on immobilization of cadmium and lead in soils and the associated mechanisms. Chemosphere, 281, 130969. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.130969

Jeong, J., Kim, W. S., Lee, M. W., & Goh, M. (2021). Liquefaction of lignin using chemical decomposition and its application to polyurethane foam. ACS omega, 6(16), 10745-10751. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c00285

Kai, D., Chow, L. P., & Loh, X. J. (2018). Lignin and its properties. In J. X. Loh, D. Kai, & Z. Li (Eds.), Functional materials from lignin: Methods and advances (Vol. 3) (pp. 1-28). London: World Scientific Publishing.

Karagoz, P., Khiawjan, S., Marques, M. P., Santzouk, S., Bugg, T. D., & Lye, G. J. (2024). Pharmaceutical applications of lignin-derived chemicals and lignin-based materials: Linking lignin source and processing with clinical indication. Biomass Conversion and Biorefinery, 14(21), 26553-26574. https://doi.org/10.1007/s13399-023-03745-5

Khan, P., Ali, S., Jan, R., & Kim, K. M. (2024). Lignin Nanoparticles: Transforming Environmental Remediation. Nanomaterials, 14(18), 1541. https://doi.org/10.3390/nano14181541

Kocaturk, E., Salan, T., Ozcelik, O., Alma, M. H., & Candan, Z. (2023). Recent advances in lignin-based biofuel production. Energies, 16(8), 3382. https://doi.org/10.3390/en16083382

Krzyzaniak, M., Stolarski, M. J., & Warmiński, K. (2019). Life cycle assessment of poplar production: Environmental impact of different soil enrichment methods. Journal of Cleaner Production, 206, 785-796. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.09.180

Lee, J. G., Larive, L. L., Valsaraj, K. T., & Bharti, B. (2018). Binding of lignin nanoparticles at oil–water interfaces: An ecofriendly alternative to oil spill recovery. ACS applied materials & Interfaces, 10(49), 43282-43289. https://doi.org/10.1021/acsami.8b17748

Li, D., Li, Z., Wei, X., Hu, T., Deng, J., Zhang, M., & Zhang, Y. (2024). Efficient removal of lead from polluted paddy soil by one-pot synthesized Nano-Fe3O4 incorporated stable lignin hydrogel. Chemical Engineering Journal, 496, 154196. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154196

Li, K., Zhong, W., Li, P., Ren, J., Jiang, K., & Wu, W. (2023). Recent advances in lignin antioxidant: Antioxidant mechanism, evaluation methods, influence factors and various applications. International Journal of Biological Macromolecules, 2023, 125992. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.125992

Lisý, A., Ház, A., Nadányi, R., Jablonský, M., & Šurina, I. (2022). About Hydrophobicity of lignin: A review of selected chemical methods for lignin valorisation in biopolymer production. Energies, 15(17), 6213. https://doi.org/10.3390/en15176213

Liu, Y., Huang, Y., Zhang, C., Li, W., Chen, C., Zhang, Z., & Zhang, Y. (2020). Nano-FeS incorporated into stable lignin hydrogel: A novel strategy for cadmium removal from soil. Environmental Pollution, 264, 114739. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114739

Liu, L., Cui, B., Tan, L., & Wang, W. (2021). Improving the combination of cellulose and lignin using xylan as a compatibilizer. Cellulose, 28(9), 5335-5349. https://doi.org/10.1007/s10570-021-03864-0

Lu, X., & Gu, X. (2022). A review on lignin pyrolysis: pyrolytic behavior, mechanism, and relevant upgrading to improve process efficiency. Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, 15(1), 106. https://doi.org/10.1186/s13068-022-02203-0

Meng, X., Scheidemantle, B., Li, M., Wang, Y. Y., Zhao, X., Toro-González, M., & Ragauskas, A. J. (2020). Synthesis, characterization, and utilization of a lignin-based adsorbent for effective removal of azo dye from aqueous solution. ACS Omega, 5(6), 2865-2877. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b03717

Mergbi, M., Galloni, M. G., Aboagye, D., Elimian, E., Su, P., Ikram, B. M., & Djellabi, R. (2023). Valorization of lignocellulosic biomass into sustainable materials for adsorption and photocatalytic applications in water and air remediation. Environmental Science and Pollution Research, 30(30), 74544-74574. https://doi.org/10.1007/s11356-023-27484-2

More, A., Elder, T., & Jiang, Z. (2021). A review of lignin hydrogen peroxide oxidation chemistry with emphasis on aromatic aldehydes and acids. Holzforschung, 75(9), 806-823. https://doi.org/10.1515/hf-2020-0165

Moreno, A., & Sipponen, M. H. (2020). Lignin-based smart materials: a roadmap to processing and synthesis for current and future applications. Materials Horizons, 7(9), 2237-2257. https://doi.org/10.1039/D0MH00798F

Moretti, C., Corona, B., Hoefnagels, R., Vural-Gürsel, I., Gosselink, R., & Junginger, M. (2021). Review of life cycle assessments of lignin and derived products: Lessons learned. Science of the Total Environment, 770, 144656. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144656

Neiva, D. M., Rencoret, J., Marques, G., Gutiérrez, A., Gominho, J., Pereira, H., & Del Río, J. C. (2020). Lignin from tree barks: chemical structure and valorization. ChemSusChem, 13(17), 4537-4547. https://doi.org/10.1002/cssc.202000431

Nikolic, M., Cáceres Najarro, M., Johannsen, I., Iruthayaraj, J., Ceccato, M., & Feilberg, A. (2020). Copper adsorption on lignin for the removal of hydrogen sulfide. Molecules, 25(23), 5577. https://doi.org/10.3390/molecules25235577

Ouyang, X. P., Tan, Y. D., & Qiu, X. Q. (2014). Oxidative degradation of lignin for producing monophenolic compounds. Journal of Fuel Chemistry and Technology, 42(6), 677-682. https://doi.org/10.1016/S1872-5813(14)60030-X

Pandian, B., Ramalingam, S., Sreeram, K. J., & Rao, J. R. (2021). Natural pigment: Preparation of brown pigment from lignin biomass for coloring application. Dyes and Pigments, 195, 109704. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2021.109704

Patel, R., Dhar, P., Babaei-Ghazvini, A., Dafchahi, M. N., & Acharya, B. (2023). Transforming lignin into renewable fuels, chemicals, and materials: A review. Bioresource Technology Reports, 22, 101463. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2023.101463

Piccinino, D., Capecchi, E., Tomaino, E., Gabellone, S., Gigli, V., Avitabile, D., & Saladino, R. (2021). Nano-structured lignin as green antioxidant and UV shielding ingredient for sunscreen applications. Antioxidants, 10(2), 274. https://doi.org/10.3390/antiox10020274

Qin, Z., Liu, H. M., Gu, L. B., Sun, R. C., & Wang, X. D. (2020). Lignin as a natural antioxidant: Property-structure relationship and potential applications. In T.J. Gutiérrez (Ed.), Reactive and functional polymers (Vol. 1) (pp. 65-93). Switzerland: Springer Nature.

Reyes, D. C., Ma, Z., & Romero, J. J. (2024). The Antimicrobial Properties of Technical Lignins and Their. Derivatives—A Review. Polymers, 16(15), 2181. https://doi.org/10.3390/polym16152181

Rizal, S., Alfatah, T., HPS, A. K., Mistar, E. M., Abdullah, C. K., Olaiya, F. G., & Muksin, U. (2021). Properties and characterization of lignin nanoparticles functionalized in macroalgae biopolymer films. Nanomaterials, 11(3), 637. https://doi.org/10.3390/nano11030637

Sajjadi, M., Ahmadpoor, F., Nasrollahzadeh, M., & Ghafuri, H. (2021). Lignin-derived (nano) materials for environmental pollution remediation: Current challenges and future perspectives. International Journal of Biological Macromolecules, 178, 394-423. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.02.165

Sharma, S., & Kumar, A. (2020). Lignin: biosynthesis and transformation for industrial applications. Switzerland: Springer Nature.

Shi, X., Qiao, Y., An, X., Tian, Y., & Zhou, H. (2020). High-capacity adsorption of Cr (VI) by lignin-based composite: Characterization, performance and mechanism. International Journal of Biological Macromolecules, 159, 839-849. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.05.130

Shi, K., Liu, G., Sun, H., & Weng, Y. (2023). Polylactic acid/lignin composites: A review. Polymers, 15(13), 2807. https://doi.org/10.3390/polym15132807

Supanchaiyamat, N., Jetsrisuparb, K., Knijnenburg, J. T., Tsang, D. C., & Hunt, A. J. (2019). Lignin materials for adsorption: Current trend, perspectives and opportunities. Bioresource Technology, 272, 570-581. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.09.139

Solihat, N. N., Sari, F. P., Falah, F., Ismayati, M., Lubis, M. A. R., Fatriasari, W., & Syafii, W. (2021). Lignin as an active biomaterial: a review. Jurnal Sylva Lestari, 9(1), 1-22. https://doi.org/10.23960/jsl191-22

Tedeschi, G., Guzman-Puyol, S., Ceseracciu, L., Paul, U. C., Picone, P., Di Carlo, M., & Heredia-Guerrero, J. A. (2020). Multifunctional bioplastics inspired by wood composition: effect of hydrolyzed lignin addition to xylan–cellulose matrices. Biomacromolecules, 21(2), 910-920. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.9b01569

Torres, L. A. Z., Woiciechowski, A. L., de Andrade Tanobe, V. O., Karp, S. G., Lorenci, L. C. G., Faulds, C., & Soccol, C. R. (2020). Lignin as a potential source of high-added value compounds: A review. Journal of Cleaner Production, 263, 121499. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121499

Vasile, C., & Baican, M. (2023). Lignins as promising renewable biopolymers and bioactive compounds for high-performance materials. Polymers, 15(15), 3177. https://doi.org/10.3390/polym15153177

Verdini, F., Gaudino, E. C., Canova, E., Tabasso, S., Behbahani, P. J., & Cravotto, G. (2022). Lignin as a natural carrier for the efficient delivery of bioactive compounds: From waste to health. Molecules, 27(11), 3598. https://doi.org/10.3390/molecules27113598

Wang, B., Wang, S. F., Lam, S. S., Sonne, C., Yuan, T. Q., Song, G. Y., & Sun, R. C. (2020). A review on production of lignin-based flocculants: Sustainable feedstock and low carbon footprint applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 134, 110384. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110384

Wenger, J., Haas, V., & Stern, T. (2020). Why can we make anything from lignin except money? Towards a broader economic perspective in lignin research. Current Forestry Reports, 6, 294-308. https://doi.org/10.1007/s40725-020-00126-3

Xiao, D., Ding, W., Zhang, J., Ge, Y., Wu, Z., & Li, Z. (2019). Fabrication of a versatile lignin-based nano-trap for heavy metal ion capture and bacterial inhibition. Chemical Engineering Journal, 358, 310-320. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.10.037

Xiao, L., Liu, W., Huang, J., Lou, H., & Qiu, X. (2020). Study on the antioxidant activity of lignin and its application performance in SBS elastomer. Industrial & Engineering Chemistry Research, 60(1), 790-797. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c04699

Yu, O., & Kim, K. H. (2020). Lignin to materials: A focused review on recent novel lignin applications. Applied Sciences, 10(13), 4626. https://doi.org/10.3390/app10134626

Zhang, X., Xu, H., Xiang, W., You, X., Dai, H., & Gao, B. (2024). Lignin-impregnated biochar assisted with microwave irradiation for CO2 capture: adsorption performance and mechanism. Biochar, 6(1), 22. https://doi.org/10.1007/s42773-024-00310-9

Zhang, Y., & Naebe, M. (2021). Lignin: A review on structure, properties, and applications as a light-colored UV absorber. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 9(4), 1427-1442. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c06998

Zhang, Z., Terrasson, V., & Guénin, E. (2021). Lignin nanoparticles and their nanocomposites. Nanomaterials, 11(5), 1336. https://doi.org/10.3390/nano11051336

Zhao, J., Zhang, W., Wang, Q., Shen, D., & Wang, Z. (2024). Lignin-derived porous carbons for efficient CO2 adsorption. Carbon Capture Science & Technology, 13, 100233. https://doi.org/10.1016/j.ccst.2024.100233

Zhao, Y., Xue, L., Huang, Z., Lei, Z., Xie, S., Cai, Z., & Xie, S. (2024). Lignin valorization to bioplastics with an aromatic hub metabolite-based autoregulation system. Nature Communications, 15(1), 9288. https://doi.org/10.1038/s41467-024-53609-3

ดาวน์โหลด

เผยแพร่แล้ว

2025-04-21

รูปแบบการอ้างอิง

คำหอมกุล ฐ. ., & ผากา ส. . (2025). ลิกนิน: โครงสร้าง คุณสมบัติ และการประยุกต์ใช้เพื่อสิ่งแวดล้อม. วารสารวิชาการมหาวิทยาลัยอีสเทิร์นเอเชีย ฉบับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (Online), 19(1), 29–46. สืบค้น จาก https://he01.tci-thaijo.org/index.php/EAUHJSci/article/view/275588

ฉบับ

ประเภทบทความ

บทความวิชาการ