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Zusammenfassung
  • Die Lignin-Wertschöpfung in Bioraffinerien erfordert die rationale Steuerung von Lignineigenschaften basierend auf Prozessparametern. Diese Arbeit untersucht systematisch die Korrelation zwischen Organosolv-Prozessparametern und den resultierenden Lignineigenschaften fünf verschiedener Biomassen mittels statistischer Versuchsplanung (DoE). Im Gegensatz zur Delignifizierung, die stark substratabhängig und schwer prognostizierbar ist, zeigen das gewichtsmittlere Molekulargewicht (Mw) und der Gesamtphenolgehalt (TPC) außergewöhnliche Modellzuverlässigkeiten. Die Ethanolkonzentration ist der primäre Treiber für Mw: hohe Ethanolgehalte konservieren hochmolekulare Strukturen, während niedrige Gehalte zu fragmentierten Ligninen führen. TPC folgt einem inversen Muster und wird durch die Kombination von Temperatur und Ethanolkonzentration optimiert, mit maximalen Phenolgehalten bei hohen Temperaturen und moderaten Ethanolkonzentrationen. Ein universaler Mw-TPC-Trade-off macht die simultane Maximierung unmöglich. Die entwickelten Response-Surface-Modelle für Mw und TPC ermöglichen erstmals eine rationale, substrat-adaptive Prozessoptimierung und eröffnen gezielt steuerbare Lignin-Valorisierungspfade für z.B. Additive in Polymerformulierungen oder antioxidative Anwendungen.
Abstract
  • The valorization of lignin in biorefineries requires rational control of its properties based on the parameters of the process. This study uses statistical experimental design (DoE) to systematically investigate the correlation between organosolv process parameters and the resulting properties of lignin from five different types of biomasses. Unlike delignification, which is highly substrate-dependent and difficult to predict, the reliability of the models for molecular weight (Mw) and total phenolic content (TPC) is exceptional. Ethanol concentration primarily drives Mw: high ethanol contents preserve high-molecular structures, whereas low contents result in fragmented lignins. TPC follows an inverse pattern and is optimized by combining temperature and ethanol concentration, achieving maximum phenolic content at high temperatures and moderate ethanol concentrations. However, a universal Mw–TPC trade-off makes simultaneous maximization impossible. The response surface models developed for Mw and TPC allow for the first time the rational, substrate-adaptive optimization of the process and open controllable pathways for the valorization of lignin for use in high-performance polymers and bioactive antioxidant applications.
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