Ligniinin prosessointi syväeutektisilla liuottimilla: ligniinin rakennekemia ja edistyneet sovellukset

Ensimmäisen sukupolven biomassanjalostusteknologiat keskittyvät selluloosan hyödyntämiseen, erityisesti kemiallisiin massanvalmistusprosesseihin, joissa selluloosakuidut ja osa hemiselluloosista hyödynnetään paperin ja kartongin valmistuksessa, kun taas ligniini liuotetaan ja poltetaan prosesseissa. Ligniiniä onkin käytetty pääasiassa edullisena lämpöenergian lähteenä. Ligniini on kuitenkin potentiaalinen raaka‐aine monien erilaisten kemikaalien ja materiaalien valmistuksessa, ja sen hyödyntämisellä on mahdollisesti suurta käytännön arvoa biojalostamoiden ympäristövaikutuksiin ja taloudelliseen kannattavuuteen. Ligniinin rakenteen monimutkaisuus ja heterogeenisyys tekevät sen hyödyntämisestä kuitenkin vaikeaa. Tämän väitöskirjan tavoitteena on tutkia vihreiden liuotinsysteemien eli happamien ja emäksisten syväeutektisten liuottimien (DES) vaikutuksia ligniinin liukenemiseen ja fraktiointiin, rakenne- ja pyrolyysikemiaan sekä ligniininanopartikkeleiden valmistukseen.
Ligniiniä pystyttiin uuttamaan tehokkaasti vehnän oljesta käyttämällä DES-esikäsittelyjä, ja happaman DES-ligniinin puhtaus ja kemiallinen aktiivisuus havaittiin olevan korkeampia kuin alkalisen DES-ligniinin. Peräkkäisellä happosaostuksella alkalista DES-ligniinin voitiin edelleen puhdistaa korkealaatuisiksi ligniinifraktioiksi, joissa oli runsaasti hydrofiilisiä ryhmiä. Lisäksi tekninen hydrolyysiligniini, jolla on korkea moolimassa ja joka esikäsiteltiin DES-liuottimilla eri lämpötiloissa, tuotti selektiivisesti monofenoliyhdisteitä nopeassa pyrolyysiprosessissa. Mallinnuksen avulla tarkasteltiin DES-liuottimen ja ligniinin välisiä vuorovaikutuksia ja ligniinin itsejärjestäytymistä nanopartikkeleiksi. Nämä tulokset DES-liuotinkäsittelyistä ja ligniinin ominaisuuksista tarjoavat tärkeää teoreettista tietoa ligniinin jatkojalostamiselle ja edistävät sen käyttöä uusissa sovelluksissa.