Katalitska depolimerizacija lignina z Ni/C za pridobivanje bio-osnovanih kemikalij: vpliv strukture na porazdelitev produktov

Avtorja:

Teodor Maurer, 4.a, Ema Zdovc, 4.a

Mentorica:

Alenka Mozer

Somentorica:

Tina Ročnik Kozmelj – Kemijski inštitut

Ključne besede:

lignin, organosolv, frakcionacija, depoimerizacija, karakterizacija, 2 metoksi 4 propilfenol

Povzetek:

Fosilna goriva so trenutno najpomembnejši vir aromatskih spojin, vendar se je izkazalo, da imajo številne škodljive učinke na okolje – emisije CO2, onesnaževanje okolja, tanjšanje ozonske plasti in izumiranje živalskih vrst. Znanstveniki zato nenehno iščejo alternative. Lignin, biopolimer, se je izkazal za obetavno, saj je zelo razširjen, varen za organizme, nima negativnega vpliva na podnebje in izhaja iz obnovljive surovine – biomase. Lignin se zato zadnje stoletje poglobljeno preučuje.

Cilj naše raziskave je bil oceniti vpliv frakcionacije lignina na produkte depolimerizacije. Obdelovanje lignina poteka v dveh glavnih fazah: izolacija in depolimerizacija. Za obe fazi je že razvita vrsta različnih postopkov, ki pa se po večini še vedno preiskujejo. Za našo raziskavo smo se odločili za ekstrakcijo organosolv lignina iz bukove žagovine, ki ima nekondenzirano strukturo. Postopek je sestavljen iz dveh korakov: ekstrakcijske reakcije z mešanico organskega topila, vode in organske kisline kot katalizatorja ter obarjanja lignina v treh različnih deležih vode (tri frakcije lignina). Drugo fazo – depolimerizacijo – smo izvedli v reduktivnem mediju. Zatem smo produkte karakterizirali s pomočjo različnih metod – monomere z GC-MS analizami, oligomere pa s SEC, 31P in 2D HSQC NMR analizami. Frakcionirani lignin smo primerjali z nefrakcioniranim.

Rezultati kažejo, da frakcionacija lignina vodi do bolj homogenih in porazdeljenih frakcij. Strukturne značilnosti nefrakcioniranega lignina so bile podobne značilnostim druge ligninske frakcije. Ugotovili smo, da je med monomernimi komponentami najbolj prisotna 2-metoksi-4-propilfenol. Ta vsebuje prost C6 in metoksi skupino, zaradi česar je uporabna za podjetje Fenolit, ki se ukvarja s produkcijo fenolformaldehidnih smol.

S to ugotovijo lahko potrdimo, da bi lignin lahko služil kot nadomestilo za neobnovljive fosilne surovine v številnih podjetjih. Za optimizacijo pridobivanja pa so potrebne dodatne raziskave še ostalih vrst lesa.