Een groep onderzoekers van het Ames Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie heeft een manier ontdekt om een ​​veelvoorkomend bijproduct van het papierproductieproces om te zetten in waardevolle chemische voorlopers voor het maken van nylon. Het proces is veel milieuvriendelijker in termen van het gebruikte oplosmiddel(en) en de energie-input dan andere methoden en biedt een nuttig alternatief voor het verbranden van afvalproducten van pulp.

Kraft (van de Duitse betekenis van sterkte) lignine is een belangrijk afvalproduct van de papierindustrie, jaarlijks ongeveer 50 miljoen ton. Dit afvallignine wordt meestal verbrand voor warmte, echter, bij dat proces komt ook koolstofdioxide vrij in het milieu.

Onderzoekers van Ames Laboratory ontdekten dat het behandelen van deze lignine met waterig natriumhydroxide bij redelijke temperaturen (200 °C) guaiacol produceert. Guaiacol kan vervolgens onder nog mildere omstandigheden worden omgezet in nylonprecursoren met behulp van geschikte katalysatoren, waardoor een nieuwe, levensvatbaar proces in twee stappen voor het produceren van belangrijke chemicaliën uit lignine.

"We ontdekten dat Kraft-lignine werd gedepolymeriseerd in verdunde alkalische oplossing bij relatief lage temperatuur (200 ° C) onder een omgeving met stikstofdruk, " zei Igor Slowing, Ames Laboratoriumwetenschapper en hoofdonderzoeker. "We waren in staat om guaiacol te produceren met een hoge selectiviteit (> 80%) in een totale hoeveelheid monomeer van 13% op basis van de lignine-input.

Het team gebruikte een reeks technieken, waaronder een reeks geavanceerde oplossingen en experimenten met vaste-stof-nucleaire magnetische resonantie (NMR), massaspectrometrie en modelreacties om te bepalen dat guaiacol voornamelijk werd gegenereerd door splitsing van β-O-4-bindingen in de oorspronkelijke ligninestructuur. Het splitsen van dit type binding vereist vaak ernstige reactieomstandigheden, die vaak leiden tot ongewenste nevenreacties die resulteren in de vorming van hardnekkige chars."

Het van Kraft-lignine afgeleide guaiacol werd vervolgens omgezet in de nylonvoorloper Keton Alcohol of KA-olie, met Ru/C-katalysator onder 1 bar H2. Het gebruik van lage H2-druk bleek van cruciaal belang om volledige selectiviteit voor KA-olie te garanderen, zonder vorming van het ongewenste methoxycyclohexanolbijproduct. belangrijk, de deactivering van de Ru/C-katalysator waargenomen bij de directe behandeling van lignine, werd vermeden in de procedure in twee stappen.

"Dit proces in twee stappen biedt een nieuwe optie voor het gebruik van lignine bij de productie van hoogwaardige chemicaliën met toegevoegde waarde, " zei Slowing. "We zien dit proces als een laag-energetisch pad dat de resterende oligomeren beschikbaar laat voor stroomafwaartse verwerking tot andere chemische grondstoffen in een geïntegreerde raffinaderij voor afval Kraft-lignine."

Het onderzoek is gedetailleerd beschreven in het tijdschrift van de Royal Society of Chemistry Groene chemie , Tweestaps omzetting van Kraft-lignine in nylonprecursoren onder milde omstandigheden.