En grupp forskare vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory har upptäckt ett sätt att omvandla en vanlig biprodukt från papperstillverkningsprocessen till värdefulla kemiska prekursorer för att tillverka nylon. Processen är mycket mer miljövänlig när det gäller de lösningsmedel som används och energitillförseln än andra metoder och ger ett användbart alternativ till förbränning av restprodukter från massaframställning.

Kraft (från den tyska betydelsen styrka) lignin är en viktig restprodukt från pappersindustrin, uppgår till cirka 50 miljoner ton årligen. Detta ligninavfall bränns vanligtvis för värme, dock, den processen släpper också ut koldioxid i miljön.

Ames Laboratory forskare upptäckte att behandling av detta lignin med vattenhaltig natriumhydroxid vid rimliga temperaturer (200 °C) producerar guaiakol. Guaiakol kan sedan omvandlas till nylonprekursorer under ännu mildare förhållanden med hjälp av lämpliga katalysatorer – vilket skapar en ny, livskraftig tvåstegsprocess för framställning av viktiga kemikalier från lignin.

"Vi fann att Kraftlignin depolymeriserades i utspädd alkalisk lösning vid relativt låg temperatur (200 °C) under en omgivande kvävetrycksmiljö, " sa Igor Slowing, Ames Laboratory forskare och ledande utredare. "Vi kunde producera guaiakol med hög selektivitet (> 80 %) i en total monomermängd på 13 % baserat på lignintillförseln.

Teamet använde en rad tekniker inklusive en svit av avancerade lösnings- och solid state nuclear magnetic resonance (NMR) experiment, masspektrometri och modellreaktioner för att fastställa att guaiakol genererades huvudsakligen genom klyvning av β-O-4-bindningar i den ursprungliga ligninstrukturen. Att klyva denna typ av bindning kräver ofta svåra reaktionsförhållanden, som många gånger leder till oönskade bireaktioner som leder till bildning av svårbehandlade rödingar."

Den Kraft-lignin-härledda guaiakolen omvandlades sedan till nylonprekursorn Ketonalkohol eller KA-olja, med Ru/C-katalysator under 1 bar H2. Användningen av lågt H2-tryck visade sig vara avgörande för att säkerställa full selektivitet för KA-olja, utan bildning av den oönskade metoxicyklohexanolbiprodukten. Viktigt, deaktivering av Ru/C-katalysatorn som observerats vid direkt behandling av lignin, undveks i tvåstegsförfarandet.

"Denna tvåstegsprocess ger ett nytt alternativ för ligninutnyttjande i produktionen av högt efterfrågade förädlade kemikalier, ", sa Slowing. "Vi föreställer oss denna process som en lågenergiväg som lämnar de återstående oligomererna tillgängliga för nedströms bearbetning till andra kemiska råvaror i ett integrerat raffinaderi för avfall av Kraftlignin."

Forskningen har beskrivits i tidskriften Royal Society of Chemistry Grön kemi , Tvåstegsomvandling av Kraftlignin till nylonprekursorer under milda förhållanden.