Electrochemical oxidation of Kraft lignin for the production of value-added chemicals on Ni and Co electrocatalysts

La vanillina è un’aldeide aromatica importante da un punto di vista industriale, in quanto viene ampiamente utilizzata dall’industria alimentare, cosmetica e farmaceutica. Attualmente, la vanillina da biomasse viene ottenuta attraverso l’ossidazione catalitica della lignina. Un’alternativa è rappresentata dall’ossidazione elettro-catalitica, un processo che sta riscuotendo un notevole interesse, perché permette di lavorare in condizioni blande. L’obiettivo di questo lavoro è stato quello di sintetizzare elettro-catalizzatori che favoriscano la depolimerizzazione della lignina Kraft per ottenere selettivamente vanillina. Sono state utilizzate schiume di Ni a cella aperta, tal quali e elettro-depositate con idrossidi di Ni-Co e Co. La formazione degli osso-idrossidi dei metalli, sulla superficie delle schiume, e la OER contribuiscono all’elettro-ossidazione della lignina, mentre la resa di vanillina dipende sia dal catalizzatore che dalle condizioni di reazione (potenziale applicato e tempo di reazione). La resa maggiore di vanillina è stata ottenuta applicando 0.6 V vs SCE con un tempo di reazione di un’ora e utilizzando la schiuma di Ni bare come catalizzatore. Indipendentemente dal tipo di catalizzatore usato, aumentando il tempo di reazione la resa di vanillina diminuisce, probabilmente a causa delle reazioni di ri-condensazione e ossidazione successiva dei prodotti che coinvolgono la vanillina stessa. La presenza di idrossidi di Ni-Co e Co sulla schiuma di Ni non ne migliora l’attività catalitica. La schiuma Co/Ni esibisce un’elevata carica accumulata e un’alta conversione, probabilmente dovuto alle reazioni parassite che sfavoriscono l’accumulo di vanillina. Le schiume Ni-Co/Ni invece, presentando sia una resa in vanillina intermedia tra le altre due ma associata ad una carica accumulata molto bassa. Un risultato incoraggiante per possibili sviluppi futuri.

A membrane process to extract Citrus Lemon derived extracellular vesicles

Extra cellular vesicles are membrane bound and lipid based nano particles having the size range of 30 to 1000 nm released by a plethora of cells. Their prime function is cellular communication but in the recent studies, the potential of these vesicles to maintain physiological and pathological processes as well as their nano-sized constituents opened doors to its applications in therapeutics, and diagnostics of variety of diseases such as cancer. Their main constituents include lipids, proteins, and RNAs. They are categorized into subtypes such as exosomes, micro-vesicles and apoptotic bodies In recent studies, extracellular vesicles that are derived from plants are gaining high regard due to their variety of advantages such as safety, non-toxicity, and high availability which promotes large scale production. EVs are isolated from mammalian and plant cells using multitude of techniques such as Ultracentrifugation, SEC, Precipitation and so on. Due to the variety in the sources as well as shortcomings arising from the isolation method, a scalable and inexpensive EV isolation method is yet to be designed. This study focusses on isolation of EVs from citrus lemon juice through diafiltration. Lemon is a promising source due to its biological properties to act as antioxidant, anticancer, and anti-inflammatory agents. Lemon derived vesicles was proven to have several proteins analogous to mammalian vesicles. A diafiltration could be carried out for successful removal of impurities and it is a scalable, continuous technique with potentially lower process times. The concentration of purified product and impurities are analysed using Size Exclusion Chromatography in analytical mode. It is also considered imperative to compare the results from diafiltration with gold standard UC. BCA is proposed to evaluate total protein content and DLS for size measurements. Finally, the ideal mode of storage of EVs to protect its internals and its structure is analysed with storage tests.

Electrochemical oxidation of Kraft and Dealkaline lignin to produce value-added chemicals on Nickel electrocatalysts

One of the most important scientific and environmental issues is reducing global dependence on fossil sources and one of the solutions is to use biomass as feedstock. In particular, the use of lignocellulosic biomass to obtain molecules with considerable commercial importance is gaining more and more interest. Lignin, the most recalcitrant part of lignocellulosic biomass, is a valuable source of sustainable and renewable aromatic molecules, currently produced from petrochemical processes. Vanillin, one of the most important aromatic aldehydes on an industrial level, can be obtained through catalytic lignin oxidation. An alternative to the conventional catalytic oxidation process is the electro-catalytic process, which can be carried out at ambient temperature and pressure, using water as solvent, and it can be considered as a renewable energy storage. In this thesis, the electrocatalytic oxidation of Kraft and Dealkaline lignin in NaOH was investigated over Ni foam catalysts. The effect of the reaction parameters (i.e. time, applied potential, lignin concentration, NaOH concentration, and temperature) on the yields of vanillin and other valuable products was evaluated. After the screening of the reaction conditions, a systematic study of the contribution of the homogeneous reaction (lignin depolymerization due to the basic solvent) to the yield of the product was accomplished. Finally, considering the obtained results, an alternative reaction procedure was proposed.

Studio di fattibilità per la valorizzazione di reflui liquidi in un impianto di produzione di fine chemicals

Il progetto di tesi è stato svolto all’interno della divisione logistica dello stabilimento BASF Italia s.p.a. situato a Pontecchio Marconi (BO). L’elaborato tratta lo studio di fattibilità per la valorizzazione di reflui liquidi in un impianto di produzione di fine chemicals volto principalmente al miglioramento della separazione tra liquidi immiscibili all’interno delle cisterne del parco reflui del sito. La prima fase dello studio si è concentrata nella valutazione dello stato dell’arte nell’attuale gestione dei reflui in sito, che ha visto la sua prosecuzione naturale nel campionamento degli stessi per la caratterizzazione chimico-fisica. A seguito dello screening tecnologico e in funzione dei risultati ottenuti dalle analisi, sono stati individuati i processi più idonei per la finalità descritta. Infine sono stati contattati alcuni fornitori per svolgere delle prove con impianti pilota con l’obiettivo di ricavare dei risultati rappresentativi di un processo industriale. Lo studio di fattibilità si è concluso con il confronto tra le soluzioni individuate, evidenziando i diversi aspetti di carattere tecnico-economico-ambientale e illustrando gli svantaggi e i vantaggi di ognuna delle tecnologie.