Un gruppo di ricercatori dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha scoperto un modo per convertire un sottoprodotto comune del processo di produzione della carta in preziosi precursori chimici per la produzione di nylon. Il processo è molto più rispettoso dell'ambiente in termini di solventi utilizzati e input energetici rispetto ad altri metodi e fornisce un'utile alternativa alla combustione dei prodotti di scarto della pasta.

Kraft (dal tedesco forza) la lignina è un importante prodotto di scarto dell'industria della carta, pari a circa 50 milioni di tonnellate all'anno. Questa lignina di scarto viene tipicamente bruciata per il calore, però, tale processo rilascia anche anidride carbonica nell'ambiente.

I ricercatori del laboratorio Ames hanno scoperto che il trattamento di questa lignina con idrossido di sodio acquoso a temperature ragionevoli (200 °C) produce guaiacolo. Il guaiacolo può quindi essere convertito in precursori di nylon in condizioni ancora più blande utilizzando catalizzatori adatti, creando un nuovo, praticabile processo in due fasi per la produzione di importanti sostanze chimiche dalla lignina.

"Abbiamo scoperto che la lignina Kraft è stata depolimerizzata in una soluzione alcalina diluita a una temperatura relativamente bassa (200 ° C) in un ambiente a pressione di azoto ambiente, " ha detto Igor Slowing, Scienziato del laboratorio Ames e investigatore capo. "Siamo riusciti a produrre guaiacolo con alta selettività (> 80%) in una quantità totale di monomero del 13% in base all'input di lignina.

Il team ha utilizzato una serie di tecniche tra cui una suite di soluzioni avanzate e esperimenti di risonanza magnetica nucleare (NMR) allo stato solido, spettrometria di massa e reazioni modello per determinare che il guaiacolo è stato generato principalmente attraverso la scissione dei legami β-O-4 nella struttura originale della lignina. La scissione di questo tipo di legame richiede spesso condizioni di reazione severe, che molte volte portano a reazioni collaterali indesiderabili che portano alla formazione di caratteri intrattabili."

Il guaiacolo derivato dalla lignina Kraft è stato quindi convertito nel precursore del nylon Ketone Alcohol o KA oil, utilizzando catalizzatore Ru/C sotto 1 bar H2. L'uso di una bassa pressione di H2 si è rivelato fondamentale per garantire la piena selettività all'olio KA, senza formazione del sottoprodotto metossi-cicloesanolo indesiderato. È importante sottolineare che la disattivazione del catalizzatore Ru/C osservata nel trattamento diretto della lignina, è stato evitato nella procedura in due fasi.

"Questo processo in due fasi fornisce una nuova opzione per l'utilizzo della lignina nella produzione di prodotti chimici ad alto valore aggiunto, " ha detto Slowing. "Prevediamo questo processo come un percorso a bassa energia che lascia gli oligomeri rimanenti disponibili per la trasformazione a valle in altri prodotti chimici in una raffineria integrata per la lignina Kraft di scarto".

La ricerca è stata dettagliata nella rivista della Royal Society of Chemistry chimica verde , Conversione in due fasi della lignina Kraft in precursori di nylon in condizioni blande.