Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

In Hinblick auf den stetig steigenden Bedarf der chemischen Industrie an Grundstoffchemikalien und der teilweise unsicheren Versorgung mit Erdöl und Erdgas ist es notwendig alternative Rohstoffe und Verwertungspfade für die Bereitstellung von Basischemikalien zu finden. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Hydrogenolyse von Lignin in niedermolekulare Produkte unter Verwendung geeigneter Salzschmelzen. Es konnte gezeigt werden, dass Lignin in Zinkchlorid/Kaliumchloridschmelzen in niedermolekulare Produkte abgebaut werden kann. Hierbei erwiesen sich der Einsatz eines entsprechenden Eutektikums und einer Alternativschmelze mit niedrigem Schmelzpunkt als hilfreich. Durch den Einsatz verschiedener Apparaturen wurden Untersuchungen in statischer und dynamischer Atmosphäre durchgeführt. Es ergaben sich während der Untersuchung Abhängigkeiten der Hydrogenolyse von verschiedenen Reaktionsparametern. Optima der Umsetzung hinsichtlich der Reaktionsparameter Temperatur, Zeit und Ligninanteil in der Schmelze wurden herausgearbeitet. Die Ausbeute an gewünschten Flüssigprodukten wurde, im Untersuchungsbereich, an diesen Punkten maximiert. Gleichzeitig war die Rückstands- und Gasbildung eingeschränkt. Es konnten Erkenntnisse eines komplexen Systems der Abhängigkeiten der Ausbeuten an Reaktionsprodukten von den Parametern der Untersuchung gewonnen werden. Die Hydrogenolyse von Lignin führte zur Aromatisierung fester Residuen sowie zur Abreicherung von Sauerstofffunktionalitäten. Komplexe Reaktionsmechanismen bewirkten den Abbau von Methoxyl-, Carboxyl- und Hydroxylgruppen der Ligninstruktur. Carbeniumionmechanismen konnten als wichtige Reaktionen zur Spaltung von Ether Arylbindungen identifiziert werden. Die Freisetzung von Monomeren und die Polymerisation anderer Intermediäre sind durch Sekundärreaktionen denkbar. Die gebildeten Flüssigprodukte bestanden hauptsächlich aus Monoaromaten (v.a. Guajakole und Kresole) und wenigen Polyaromaten. Die Selektivität der Bildung einzelner Verbindungen war gering, d.h. die Flüssigprodukte sind eine heterogene Mischung mit geringen Konzentrationen der Einzelsubstanzen. Die Unterschiede in der Struktur der Ausgangslignine bildeten sich auch in der Zusammensetzung der Flüssigprodukte ab. / In view of the steadily increasing demand of the chemical industry to base chemicals and the partial uncertain supply of crude oil and gas, it is necessary to find alternative raw materials and conversion routes for the provision of basic chemicals. The aim of the present work was to investigate the hydrogenolysis of lignin in low molecular weight products using appropriate molten salt media. It could be demonstrated that lignin can be convert in low molecular weight products using zinc chloride/potassium chloride molten salt media. The use of an appropriate eutectic melt and of an alternative melt with low melting point proved helpful. By the use of different apparatus investigations in static and dynamic atmosphere could be carried out. During the investigation dependencies of the hydrogenolysis of various reaction parameters are submitted. Optima of the hydrogenolysis regarding to reaction temperature, time and lignin content at the melt could be identified. The yields were maximized at these points in the range of investigation. Concurrently formation of gases and residues were suppressed. Some evidence of a complex system of the dependencies of the yields of reaction products are obtained from the parameters of the investigation. Hydrogenolysis of lignin leads to aromatic solid residues and to a loss of oxygen containing structures. Structures containing methoxyl-, carboxyl- and hydroxyl groups are degraded by various complex reaction mechanisms. Mechanisms of the formation of carbonium ions were identified as important reactions of the cleavage of ether aryl bonds. Secondary reactions caused the liberation of monomers and polymerisation of some intermediaries. The resulting liquid products consist mainly of monoaromatics (guaiacols and cresols) and less of polyaromatics. The selectivity of the formation of single compounds was low, i.e. the liquid products constitute a heterogenous mixture with low concentrations of the single compounds. The structural differencies of the feedstock lignins also showed at the composition of the liquid products.

In Hinblick auf den stetig steigenden Bedarf der chemischen Industrie an Grundstoffchemikalien und der teilweise unsicheren Versorgung mit Erdöl und Erdgas ist es notwendig alternative Rohstoffe und Verwertungspfade für die Bereitstellung von Basischemikalien zu finden. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Hydrogenolyse von Lignin in niedermolekulare Produkte unter Verwendung geeigneter Salzschmelzen. Es konnte gezeigt werden, dass Lignin in Zinkchlorid/Kaliumchloridschmelzen in niedermolekulare Produkte abgebaut werden kann. Hierbei erwiesen sich der Einsatz eines entsprechenden Eutektikums und einer Alternativschmelze mit niedrigem Schmelzpunkt als hilfreich. Durch den Einsatz verschiedener Apparaturen wurden Untersuchungen in statischer und dynamischer Atmosphäre durchgeführt. Es ergaben sich während der Untersuchung Abhängigkeiten der Hydrogenolyse von verschiedenen Reaktionsparametern. Optima der Umsetzung hinsichtlich der Reaktionsparameter Temperatur, Zeit und Ligninanteil in der Schmelze wurden herausgearbeitet. Die Ausbeute an gewünschten Flüssigprodukten wurde, im Untersuchungsbereich, an diesen Punkten maximiert. Gleichzeitig war die Rückstands- und Gasbildung eingeschränkt. Es konnten Erkenntnisse eines komplexen Systems der Abhängigkeiten der Ausbeuten an Reaktionsprodukten von den Parametern der Untersuchung gewonnen werden. Die Hydrogenolyse von Lignin führte zur Aromatisierung fester Residuen sowie zur Abreicherung von Sauerstofffunktionalitäten. Komplexe Reaktionsmechanismen bewirkten den Abbau von Methoxyl-, Carboxyl- und Hydroxylgruppen der Ligninstruktur. Carbeniumionmechanismen konnten als wichtige Reaktionen zur Spaltung von Ether Arylbindungen identifiziert werden. Die Freisetzung von Monomeren und die Polymerisation anderer Intermediäre sind durch Sekundärreaktionen denkbar. Die gebildeten Flüssigprodukte bestanden hauptsächlich aus Monoaromaten (v.a. Guajakole und Kresole) und wenigen Polyaromaten. Die Selektivität der Bildung einzelner Verbindungen war gering, d.h. die Flüssigprodukte sind eine heterogene Mischung mit geringen Konzentrationen der Einzelsubstanzen. Die Unterschiede in der Struktur der Ausgangslignine bildeten sich auch in der Zusammensetzung der Flüssigprodukte ab. / In view of the steadily increasing demand of the chemical industry to base chemicals and the partial uncertain supply of crude oil and gas, it is necessary to find alternative raw materials and conversion routes for the provision of basic chemicals. The aim of the present work was to investigate the hydrogenolysis of lignin in low molecular weight products using appropriate molten salt media. It could be demonstrated that lignin can be convert in low molecular weight products using zinc chloride/potassium chloride molten salt media. The use of an appropriate eutectic melt and of an alternative melt with low melting point proved helpful. By the use of different apparatus investigations in static and dynamic atmosphere could be carried out. During the investigation dependencies of the hydrogenolysis of various reaction parameters are submitted. Optima of the hydrogenolysis regarding to reaction temperature, time and lignin content at the melt could be identified. The yields were maximized at these points in the range of investigation. Concurrently formation of gases and residues were suppressed. Some evidence of a complex system of the dependencies of the yields of reaction products are obtained from the parameters of the investigation. Hydrogenolysis of lignin leads to aromatic solid residues and to a loss of oxygen containing structures. Structures containing methoxyl-, carboxyl- and hydroxyl groups are degraded by various complex reaction mechanisms. Mechanisms of the formation of carbonium ions were identified as important reactions of the cleavage of ether aryl bonds. Secondary reactions caused the liberation of monomers and polymerisation of some intermediaries. The resulting liquid products consist mainly of monoaromatics (guaiacols and cresols) and less of polyaromatics. The selectivity of the formation of single compounds was low, i.e. the liquid products constitute a heterogenous mixture with low concentrations of the single compounds. The structural differencies of the feedstock lignins also showed at the composition of the liquid products.

Lignin can be converted into monomeric products with the aid of molten salt media. Molten zinc chloride (ZnCl₂)/potassium chloride (KCl) mixtures are suitable for this purpose. The application of an eutectic mixture with low melting points leads to similar main products as are obtained by pyrolysis. The hydrogenolysis of an organosolv lignin in molten salts of ZnCl₂/KCl was investigated as a function of reaction temperature, residence time, and lignin concentration, and the composition of liquid products and monophenols was analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The yields can be optimized by the proper selection of the reaction temperature. A longer residence time and higher lignin concentrations lead to increased formation of solid residues and gaseous products. The liquid products mainly consist of substituted phenols derived from lignins. Polymeric products are the result of condensation reactions (i.e., the formation of new C-C linkages in the course of secondary reactions).