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Authors: Schmitt, Dominik
Title: Vanillin durch Adsorption aus Schwarzlauge und elektrochemischen Abbau von Lignin
Online publication date: 11-Jan-2016
Language: german
Abstract: Das Biopolymer Lignin stellt einen der Hauptbestandteile pflanzlicher Biomasse dar. Aufgrund der molekularen Struktur des Lignins stellt es die größte und nachwachsende Quelle für aromatische Feinchemikalien dar. Es tritt im industriellen Maßstab als Nebenstrom des Kraft-Prozesses der sogenannten Schwarzlauge im Multimillionen-Tonnen-Maßstab auf. Während des Kraft-Prozesses finden Fragmentierungsreaktionen statt, die zur Bildung von Kraft-Lignin und niedermolekularen Phenolderivaten führen, die als weitere Bestandteile der Schwarzlauge auftreten. Die Nutzung von Kraft-Lignin und Schwarzlauge zur Produktion von aromatischen Feinchemikalien findet heutzutage noch keine industrielle Anwendung. Der Nebenstrom der Zellstoffindustrie wird daher hauptsächlich zur Energieerzeugung unter Rückgewinnung von Prozesschemikalien genutzt. In dieser Arbeit wird ein kombinierter Ansatz aus Adsorption aus Schwarzlauge und elektrochemischen Abbau von Kraft-Lignin präsentiert. Auf diesem Weg kann mit Hilfe eines einfachen experimentellen Ansatzes Zugang zu verschiedenen phenolischen Feinchemikalien erhalten werden. Der Einsatz stark basischer Anionenaustauscherharze ermöglicht die direkte Entfernung von niedermolekularen Phenolderivaten ohne die Schwarzlauge zu neutralisieren. Anschließende elektrochemische Behandlung der abgereicherten Schwarzlauge führt zu einer oxidativen Aufwertung der Schwarzlauge unter selektiver Bildung der bedeutenden Aromachemikalie Vanillin. Die grundlegende Zusammensetzung der Schwarzlauge wird durch diesen kombinierten Ansatz nur geringfügig geändert wodurch die energetische Nutzung und Rückgewinnung von Prozesschemikalien weiterhin möglich ist. Ethische Konflikte, die üblicherweise mit der Nutzung nachwachsender Rohstoffe einhergehen, werden bei der Nutzung von Lignin direkt vermieden, da Lignin nicht zur Nahrungsmittelproduktion verwendet werden kann.
The biopolymer lignin is one of the major constituents of plant biomass. Due to its molecular structure lignin represents the most abundant and renewable source for aromatic fine chemicals. It occurs on an industrial scale as a constituent of the major side stream of the Kraft process, the so called black liquor, on a multimillion ton scale each year. During the Kraft process fragmentation reactions take place ending up in Kraft lignin and lower molecular phenolic compounds which can be found as further constituents of the black liquor. Utilization of Kraft lignin and black liquor for aromatic fine chemical production did not reach any technical impact so far. Therefore, the predominant use of black liquor today is limited to incineration and recovery of process chemicals. In this study a combined approach of adsorption in black liquor and electrochemical degradation of Kraft lignin is presented enabling an easy experimental set up for the production of different phenol derivatives from black liquor and Kraft lignin. Application of strongly basic anion exchange resins gives rise to a direct removal of low molecular phenol derivatives from the alkaline liquor. This technique enables removal of low molecular phenol derivatives without complete acidification of the liquor. Further electrochemical treatment of depleted black liquor leads to an oxidative upgrade yielding selectively the important aroma chemical vanillin as the main product. The overall composition of the black liquor applying this combined approach is changed only slightly and therefore incineration of remaining organic components and recovery of process chemicals from the liquor can still be performed. The utilization of lignin, representing a renewable resource, avoids any ethical conflicts due to the fact that lignin cannot be used for nutrition purposes.
DDC: 500 Naturwissenschaften
500 Natural sciences and mathematics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-4202
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 204 S.
Appears in collections:JGU-Publikationen

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