Till innehåll på sidan

Protected Lignin Biorefining: Fundamental Insights on Lignin Reactivity

Tid: Fr 2023-06-02 kl 10.00

Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm

Språk: Engelska

Ämnesområde: Fiber- och polymervetenskap

Respondent: Maria Karlsson , Wallenberg Wood Science Center, Träkemi och massateknologi

Opponent: Professor John Ralph, University of Wisconsin-Madison, USA

Handledare: Professor Martin Lawoko, Fiber- och polymerteknologi; Professor Åsa Emmer, Tillämpad fysikalisk kemi; Docent Olena Sevastyanova, Wallenberg Wood Science Center, Träkemi och massateknologi

Exportera till kalender

QC 2023-05-09

Embargo godkänt av tf skolchef Amelie Eriksson Karlström via e-post 2023-05-09

Abstract

Potentialen av att använda lignin, som utgör 15-30% av biomassan, behöver utvärderas ytterligare. I övergången till en bioekonomi finns potential för lignin att ersätta fossila fenoler. I denna kontext försöker man hitta ett värde för de tillgängliga tekniska ligninerna, men det finns utmaningar associerade med den molekylära strukturella heterogeniteten. Följaktligen behövs nya processkoncept, såsom lignin-bioraffinaderier, där man kan ta fram ett lignin med olika önskade egenskaper samt med en bevarad molekylstruktur.

I denna studie utvecklades ett nytt koncept för att extrahera lignin, där ligninets strukturella egenskaper kunde bevaras i hög grad med hjälp av en fysisk skyddsstrategi. Principerna för att bevara ligninstrukturen baserades på ett cykliskt organosolv-extraktions-koncept. Först utvärderades en två-stegs koncept, där en hydrotermisk extraktion, för att extrahera ut hemicellulosa, efterföljdes av en cyklisk organosolvextraktion för att extrahera ut lignin. Trendstudier utfördes för de individuella cyklerna för att få en fördjupad förståelse av hur ligninstrukturen påverkades av cyklerna. För att ytterligare undersöka metoden användes kemometri och experimentell design för att öka kunskapen om hur olika extraktionsförhållanden påverkade egenskaper hos ligninet samt hur egenskaperna hos ligninet kunde skräddarsys.Genom den erhållna kunskapen från den kemometriska studien och den studerade trenden av två-stegsmetoden, undersöktes en kortare en-stegsmetod för att kunna erhålla ett lignin med ytterligare förbättrad analytisk kvalité, där upp till 95% av bindningarna kunde bestämmas för granlignin, karaktäriserat med heteronuclear single quantum coherence (HSQC) nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), 13C NMR och size exclusion chromatography (SEC). Metodens universalitet undersöktes för träslag med olika lignin-egenskaper som gran och björk. Resultaten indikerade tillämpbarheten av konceptet för olika råvaror.

På grund av den komplexa naturen hos lignin finns ett behov av robusta analystekniker. För att möta detta kompletterades NMR-studier med matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) time of flight (TOF) mass spectrometry (MS) analyser för att få nya insikter om olika molekylära ligninpopulationer samt för att öka kunskapen om ligninreaktiviteten under organosolv-extraktion.

Slutligen gjordes en undersökning av hur det cykliska ligninet förhöll sig mot en applikation. Det cykliska organosolv-extraherade ligninet användes i en fundamental studie om lignin-nano partiklar (LNP), tillsammans med benchmark-tekniska ligniner, för att öka insikter om de molekylära egenskapernas roll för LNP-egenskaperna. Det har visat sig att den molekylära strukturen spelar en betydande roll för att bestämma storleken och morfologin hos LNP, vilket öppnar upp för möjligheter att molekylärt skräddarsy LNP-egenskaper.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-326544