Lignin är en av de vanligaste naturliga råvarorna på jorden och finns mestadels i trä. Nuförtiden är valoriseringen av lignin en av processutvecklingarna för teknologier inom massa- och pappersindustrin. Denna utveckling syftar till att öka värdet av lignin. Traditionellt förbränns genererat lignin, känt som tekniskt lignin, som bränsle i sodapannan som en del av svartlutskomponenter, och denna praxis är används kontinuerligt inom massa- och pappersindustrin. Syftet med detta examensarbete är att undersöka det tekniska ligninet från två specifika träslag, Acacia crassicarpa (Acra) och Eucalyptus Hybrids (Euca), för att öka kunskapen om det tekniska ligninet och hitta lämpliga tillämpningar för dessa råvaror i framtiden. I denna studie isolerades lignin från svartlut som genererats från två olika kokningsmetoder, kraftkokning- och kraftbased dissolvingkokning (KP och DP). Karakteriseringsmetoderna inkluderade molekylviktsfördelning (THF-SEC), analys av ligninets funktionella grupper med fosfor-31 Nuclear Magnetic Resonance (31P-NMR) kvantifiering och ligninets trukturella elementanalys via Two-Dimensional Heteronuclear Single Quantum Correlation NMR (2D-HSQC NMR). Utbytet erhållet från kraftkokning (KP) och kraftbased dissolvingkokning (DP) visade inga skillnader för samtliga prover och resultaten visas inom samma intervall (cirka 0,06-0,08 g/mol svartlut). Molekylviktsfördelningen för KP och DP-kokning ligger fortfarande inom intervallet för kraftlignin Mw (1500-5000 g/mol) och polydispersitetsindex (PDI) för KP hade ett högre värde än DP för båda typerna av undersökta råvaror. För de funktionella grupperna hade Eucalyptus Hybrids högre -OH-halt än Acacia crassicarpa oavsett kokningstyp. 31P-NMR kvantifieringsdata visade tydligt att KP-Euca innehöll den högsta halten av alifatisk-OH (1,4 mmol/g). DP-Euca hade den högsta halten C5-kondenserad (2,5 mmol/g), medan den högsta mängden Guaiacyl-OH identifierades i DP-Acra (1,2 mmol/g). Fingeravtrycket av kopplingarna som kvantifierades från 2D-NMR HSQC visade att KP hade högre β-O-4', β-5' och β-β' interenhetskopplingar än DP. Dessutom hade Acacia crassicarpa en högre andel interenhetskopplingar än Eucalyptus Hybrids för båda kokmetoderna. De högsta β-O-4'-, β-5'- och β-β'-kopplingarna detekterades i KP-Acra med 3,4 %, 0,5 % respektiv 4,3 %. / Lignin is one of the most abundant natural raw materials on Earth and is mostly found in wood. Nowadays, the valorization of lignin is one of the continual process developments for technologies in the pulp and paper industry. This development is intended to increase the value of lignin. In the traditional approach, generated lignin known as technical lignin is burnt as fuel in the recovery boiler as part of black liquor components, and this practice is still common in the pulp and paper industry. The objective of this thesis work is to explore the technical lignin from specific wood species, Acacia crassicarpa (Acra) and Eucalyptus Hybrids (Euca), to emphasize the knowledge about the technical lignin and finding suitable application for the mentioned raw materials in the future. In this study, lignin was isolated from black liquor generated from two different cooking methods, kraft and kraft dissolving pulp cooking (KP and DP). The Characterization methods included molecular weight distribution by THF-SEC, lignin functional groups analysis via Phosphorus-31 Nuclear Magnetic Resonance (31P-NMR) quantification, and lignin structural elements analysis via Two-Dimensional Heteronuclear Single Quantum Correlation NMR (2D-HSQC NMR). The isolation yield obtained from kraft cooking (KP) and kraft dissolving pulp cooking (DP) did not have drastic differences for all the samples and therefore the results are within the same ranges (around 0.06-0.08 g/mol of black liquor). The molecular weight distribution values of KP and DP cooking are still within the range of kraft lignin Mw (1500-5000 g/mol) and the polydispersity index (PDI) of KP had a higher value than DP for both types of raw material investigated. For the functional groups, Eucalyptus Hybrids had the higher -OH content than Acacia crassicarpa regardless of the cooking type. The 31P-NMR quantification data showed clearly that KP-Euca was the richest in Aliphatic-OH (1.4 mmol/g). DP-Euca had the greatest amount of C5-Condensed (2.5 mmol/g), while the highest amount of Guaiacyl-OH was identified in DP-Acra (1.2 mmol/g). The fingerprint of the linkages that was quantified from 2D-NMR HSQC showed that KP cooking had a higher β-O-4’, β-5’ and β-β’ interunit linkages than DP cooking. Furthermore, Acacia crassicarpa had a higher interunit linkages percentage than Eucalyptus Hybrids for both cooking methods. The highest β-O-4’, β-5’ and β-β’ linkages were detected in KP-Acra with 3.4 %, 0.5 %, and 4.3 % respectively.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-309191 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Rosta, Lutfi Difi |
| Publisher | KTH, Träkemi och massateknologi |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2022:030 |
Page generated in 0.0028 seconds