Lignina da bioraffineria : potenziale valorizzazione per via ossidativa

In the context of lignocellulosic biomass exploitation to produce second-generation bioethanol, lignin represents an important by-product and its use must be appropriately enhanced. In the first part, this research study was focused on the catalytic oxidation of biorefinery lignin in batch reactor for the assessment of the potential of this polymer in the oxidative conversion to aromatic chemicals, including the three phenolic aldehydes vanillin, syringaldehyde, p-hydroxybenzaldehyde. Through the variation of reaction parameters, results were obtained on the reactivity of the raw material and in particular on the production profiles of the compounds. The control of successive oxidations has emerged as one of the most critical aspects to deeply consider. Milder conditions of pressure and temperature (P = 3 bar, T =130°C) compared to those experienced initially (P = 10 bar, T =150°C) proved to be more adequate for the preservation of the products. In the second part, in order to rationalize the behavior shown previously and with the aim to explain the difficult reactivity of the entire polymeric structure, catalytic oxidations of suitable model compounds were carried out. The yields obtained from the oxidation of biorefinery lignin, despite rather limited to glimpse even now an industrial application, encourage closer examination of the reaction and the raw material. In fact, the model compounds reveal that the difficulties in conducting optimal oxidation are related not only to the choice of reaction parameters, but also to the intrinsic characteristics of the studied biopolymer. The unconverted lignin recovered from the reactions may also find interesting applications as a material, for example in the environmental field. In fact, given the characteristics conferred by the oxidative treatment, some preliminary conducted tests have demonstrated its role as a chelating agent in the removal of metal ions from aqueous solutions.

Nell’ambito dello sfruttamento delle biomasse lignocellulosiche per la produzione di bioetanolo di seconda generazione, la lignina costituisce un importante sottoprodotto che dovrà essere opportunamente valorizzato. Il presente lavoro di tesi è incentrato, in una prima parte, sullo studio della reazione di ossidazione catalitica della lignina in reattore batch per la valutazione delle potenzialità di tale polimero nella conversione ossidativa a prodotti aromatici di interesse, tra cui le tre aldeidi fenoliche vanillina, siringaldeide e p-idrossibenzaldeide. Attraverso la variazione dei parametri della reazione, si sono ottenuti risultati sulla reattività della materia prima ed in particolare sui profili di produzione dei composti. Il controllo delle ossidazioni successive è emerso come uno degli aspetti più critici da considerare. Condizioni di pressione e temperatura più blande (P = 3 bar, T =130°C) rispetto a quelle sperimentate inizialmente (P = 10 bar, T =150°C) si sono rivelate più adeguate per la preservazione dei prodotti. Nella seconda parte, poi, per razionalizzare il comportamento evidenziato nella prima e con lo scopo di spiegare la difficile reattività dell’intera struttura polimerica, sono state effettuate ossidazioni catalitiche di opportuni composti modello. Le rese ottenute dall’ossidazione della lignina, nonostante piuttosto limitate per intravedere fin d’ora un’applicazione industriale, incoraggiano ad ulteriori approfondimenti, sia sulla reazione sia sulla materia prima. Infatti, i composti modello rivelano come le difficoltà nella conduzione ottimale dell’ossidazione siano legate non solo alla scelta dei parametri, ma anche alle caratteristiche intrinseche del biopolimero oggetto di studio. La lignina non convertita recuperata dalle reazioni potrà inoltre trovare interessanti applicazioni come materiale, ad esempio in ambito ambientale. Infatti, considerate le caratteristiche conferitele dal trattamento ossidativo, alcune prove preliminari condotte hanno dimostrato il suo ruolo da agente chelante nella sottrazione di ioni metallici da soluzione acquose.