Extraction and electrochemical valorization of lignin in novel electrolytes

• Extraktion und elektrochemische Valorisierung von Lignin in neuartigen Elektrolyten

Di Marino, Davide; Weßling, Matthias (Thesis advisor); Liauw, Marcel (Thesis advisor)

Aachen (2019)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Verfahrenstechnik series - AVT.CVT - chemical process engineering 1
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (x, 157 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Kurzfassung

Lignin ist eine der reichhaltigsten Quellen für natürliche Aromastoffe. Die Zellstoff- und Papierindustrie produziert derzeit 130 Millionen Tonnen/Jahr Lignin, die fast ausschließlich zur Energiegewinnung durch Verbrennung genutzt werden. Die Herstellung von wertvollen Aromaten aus Lignin könnte die Nutzung fossiler Ressourcen für Stoffe wie Vanillin, ein wichtiger phenolischer Aromastoff, oder Guajakol, eine fundamentale chemische Komponente in der Polymerindustrie, ersetzen oder ergänzen. Bisher konzentrierte sich die Forschung vor allem auf die traditionellen Wege zur Aufwertung von Lignin. Unter anderem wurden hydrothermale und katalytische Prozesse untersuchtmit dem Ziel, aus Lignin hochwertige Produkte zu erzeugen. Nachteile wie z.B. hohe Prozesskosten, Edelmetallkatalysatoren und hohe Druck- und Temperaturbedingungen, behindern die Anwendung dieser „valorization processes“ in der Industrie. Zur Vermeidung dieser Nachteile sollen alternative Verfahren untersucht werden. Elektrochemische Verfahren Prozesse stellen aufgrund der Möglichkeit bei Druck-Umgebungsdruck und Raumtemperatur zu arbeiten, eine praktikable Alternative zu herkömmlichen „valorizationprocesses“ dar. In dieser Arbeit werden die elektrochemischen Verfahren zur Valorisierung von Lignin unter besonderer Berücksichtigung der Rolle der Elektrolyten untersucht. Der Einfluss von wässrigen und nicht-wässrigen Elektrolyten auf die Depolymerisation von Lignin und die Ausbeute der Produkte wurden eingehend geprüft. Genauer gesagt, es wurden innovative Deep Eutectic Solvents als günstige nicht-wässrige Elektrolyte für die elektrochemische Depolymerisation eingesetzt. Zusätzlich wurde ihr Potential zur Holzfraktionierung und ihr Einfluss auf die Elektrodenkorrosion untersucht. Neben den nicht-wässrigen Elektrolyten, wurden wässrige hydrotropische Lösungen und alkalische Standardelektrolyte zur Depolymerisation von Lignin mittels Fenton-Reaktion und eines elektrochemischen Swiss-Roll-Reaktor erforscht. Hauptergebnisse waren die erfolgreiche Depolymerisation im DES und die Bildung aromatischer Verbindungen mit hoher Selektivität für Guajakol und Vanillin. Zur Gewinnung von Lignin aus Buchenholz wurden DESs erfolgreich eingesetzt. Durch die Holzvorbehandlung wurde ein Lignin mit hohem Gehalt an Etherbindungen gewonnen. Zusätzlich, wurde die Stabilität vieler Elektroden in DESs untersucht und Titan erwies sich als stabile Elektrode. Fenton-Prozess in hydrotropischen Lösungen und Elektrochemie in alkalischen Elektrolyten ergab einen hohen Anteil an Carbonsäuren. Die Umsetzung dieser nachhaltigen und praktikablen Verfahren in verschiedenen Elektrolyten stellen ein Schlüsselkonzept zur Veredlung von Lignin dar, das insbesondere von der Papier- und Zellstoffindustrie effizient genutzt werden kann. Theoretisch, sind die in diesem Zusammenhang entwickelten Lignin-Valorisierungsprozesse These, zur Umsetzung eines größeren integrierten Bioraffineriekonzepts genutzt werden.