Razvoj procesov valorizacije lignina kot vira aromatskih gradnikov za proizvodnjo bio-osnovanih polimerov (ARRS J2-2492 )
Trajanje projekta: 1. 9. 2020 – 31. 8. 2023
Financiranje 2469 ur, kategorija C
Partnerji projekta:
Kemijski inštitut, D13, Odsek za katalizo in reakcijsko inženirstvo
Kemijski inštitut, D15, Nacionalni center za NMR spektroskopijo visoke ločljivosti
Projekt je usmerjen v razvoj in sistematično raziskovanje s katerim nameravamo pokazati, da lahko s primerno izbiro surovine in prilagojeno izolacijo lignina, morebitnim frakcioniranjem in depolimerizacijo dobimo mešanico bio-aromatičnih spojin z dobro opredeljenimi kemijskimi lastnostmi (npr. porazdelitev molekulske mase, koncentracija prostih OH skupin) ter jih uporabimo za sintezo fenol-formaldehidnih ter epoksi smol in polikarbonatov, kot funkcionalni nadomestek fenola ali bisfenola A. Na Kemijskem inštitutu bodo z uporabo organosolv postopka izvedli izolacijo lignina iz različnih virov lignocelulozne biomase z različnimi strukturami lignina. Hkrati bo izvedena enostavna frakcionacija izoliranega lignina na osnovi porazdelitve molekulske mase. Te frakcije so lahko zanimive za neposredno uporabo v različnih formulacijah. Nadaljevali bodo z uporabo več metod depolimerizacije izoliranih ligninov, pri čemer bomo dobili različne mešanice monomerov v kombinaciji z oligomeri. Izvedeni bodo presejalni testi hidrotretiranja z uporabo različnih komericialnih kovinskih katalizatorjev na različnih nosilcih, kar bo vplivalo na končni izkoristek in selektivnost produkta. Prav tako bodo za optimizacijo reakcijskih pogojev preizkusili široko temperaturno in tlačno območje hidrotretiranja. Na najbolj obetavnem katalizatorju in pri optimalnih pogojih bomo tudi izvedli oksidativne presejalne teste. Velika baza podatkov z izvedenimi poskusi in karakterizacijo nam bo zagotovila vpogled v strukturo lignina, pogoje delovanja ter povezavo med količino in kakovostjo izdelka.
Na FTPO bomo izbrane produkte preizkusili v različnih polimernih formulacijah. Načrtujemo sintezo epoksi, fenol-formaldehidne smole, pa tudi polikarbonate. Sintetizirane polimere bomo okarakterizirali in primerjali njihove lastnosti s klasičnimi polimeri.
Projekt vključuje razvoj metodologije kinetičnega modeliranja, ki bo temeljila na modelu mikrokinetike mean-field. Velika količina pridobljenih podatkov bo bistvena za mikrokinetično modeliranje in vzpostavitev korelacij med strukturo lignina, obratovalnimi pogoji in kakovostjo produkta. Nabor z modelom določenih optimalnih procesnih parametrov se bo verificiralo z validacijskimi eksperimenti. Povezava med parametri je bistvena za doseganje prilagodljivosti biorefinerije, kar je zaradi nihajoče sestave lignina smiselen pristop.