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.

Enhancing the value of lignocellulosic biomasses through the production of bionanocomposites

The aim of this work was to optimize a methodology to extract cellulose and to produce NC, from different lignocellulosic biomasses (sorghum, Sorghum bicolor (L.) Moench and sunn hemp, Crotalaria juncea L.). In addition, the NC produced was tested as a reinforcing agent in chitosan (Ch) films, to understand its effects on the properties of this biopolymer. The nanoparticles obtained from sorghum and sunn hemp were incorporated in Ch films at a rate of 2.5% w/w of chitosan, and the resultant bionanocomposites (Sorghum NC films and sunn hemp NC films) were fully characterized in terms of their morphology, mechanical and optical properties, permeability (water vapor), water wettability, and FT-IR spectra analysis. Chitosan films reinforced with commercial nanocellulose at the same rate were tested for comparison, as well as pristine chitosan (control). Bionanocomposites made from sorghum and sunn hemp NC were slightly more saturated and opaque than the pristine chitosan films, in particular outer sorghum NC films. Sunn hemp NC films also showed a slightly higher thickness than sorghum NC films and pristine chitosan films. Further, the results confirmed that sorghum NC improved the strength and stiffness of the chitosan biopolymer and that sunn hemp NC improved the plasticity of the chitosan polymer. Hence, results indicate that those lignocellulosic crops may afford a source of NC for the production of bionanocomposites. Considering the application of those bionanocomposites by the food packaging industry, sorghum NC - chitosan films showed more promising results than sunn hemp NC-chitosan films.