Dr. Dipl.-Ing. M. Sc Mehrdad Ebrahimi
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31.07.2023

Erfolgreiche Entwicklung und Etablierung von Methoden zur reproduzierbaren Herstellung von definierten Dünnlauge- sowie Kraftlignin-Modelllösungen als Basis für alle weiterführenden Filtrations- sowie Adsorptionsexperimente. Etablierung von GC sowie HPLC zur Analyse von Lignin sowie Fragmentierungsprodukten (Monomeren). Es wurden zwei neuentwickelte keramische Ultrafiltrationsmembranen sowie eine keramische Nanofiltrationsmembran des Projektpartners zur Abtrennung/Fraktionierung von aromatischen Verbindungen (Monomere), die durch die Fragmentierung von ligninhaltigen Lösungen der Zellstoffindustrie (Dünnlauge sowie Kraftlignin) gewonnen werden, vollständig charakterisiert. Für die charakterisierten Membranen wurden im Rahmen des Projektes stabile, effiziente und reproduzierbare Membranverfahren entwickelt. Dazu wurden alle relevanten Prozessparameter wie TMP, CFV etc. mittels statistischer Versuchsplanung eingehend untersucht und die erreichte qualitative sowie quantitative Leistungsfähigkeit der Membranen bewertet. Dabei konnte eine optimierte Einstellung der jeweiligen Prozessparameter ausgearbeitet und ermittelt werden. Mit der 4,0 kDa keramischen Ultrafiltrationsmembran sowie 500 Dalton keramische Nanofiltrationsmembran lässt sich eine effektive wirtschaftliche Abtrennung der generierten Monomere bei Erreichung einer hohen Qualität des Filtrates erreichen. Für die eingesetzten Membranen konnten erfolgreiche Strategien für die chemische Reinigung entwickelt und etabliert werden. Es konnte eine erfolgreiche Abtrennung bzw. Bereitstellung der Hauptprodukte der Fragmentierung (Vanillin und Syringaldehyd) aus den Modelllösungen erzielt werden. Die Abtrennung der genannten Fragmentierungsprodukte konnte durch den Einsatz eines speziellen Adsorberharzes erreicht werden. Analyse zu den Verwertungsmöglichkeiten der entstandenen Nebenprodukte der Fragmentierung (Catechol und Furfural).

Dieses Projekt ist die Fortführung und Erweiterung der Arbeiten aus dem vorangegangenen Projekt "FOREST - Chemische und elektrochemische Verfahren zur Umsetzung nachwachsender Rohstoffe zu redoxaktiven Substanzen". Alle wesentlichen Verfahrensschritte konnten in diesem Vorgängerprojekt erforscht werden. Damit der Prozess zukünftig wirtschaftlich einsetzbar wird, sind weitere Fragestellungen grundlegend zu erforschen: Um die Ausbeute an niedermolekularen, aromatischen Verbindungen aus der Ligninfragmentierung zu verbessern, wird die Produktfiltration mit der Fragmentierungsreaktion verbunden, so daß Zielmoleküle während der Reaktion aus dem Prozess entfernt und vor einem weiteren Abbau im Reaktor geschützt werden. Dazu müssen zunächst Filtrationsmembranen erforscht werden, die unter den harschen Reaktionsbedingungen eingesetzt werden können. Für die weiteren Schlüsselreaktionen zur Umsetzung von Lignin zu organischen Elektrolyten wird der elektrosynthetische Ansatz zur Reaktionsoptimierung untersucht. Die Einführung dieser Schritte in den Prozessablauf ist ein technisches Arbeitsziel des Projektes, wobei auch eine wissenschaftliche Verwertung der elektrochemischen Erkenntnisse geplant ist. Weiterhin befassen sich die Projektarbeiten mit der Aufklärung von Struktur-Wirkungs-Beziehungen, um Effekte zu verstehen, die durch Substituenten an den redoxaktiven Verbindungen hervorgerufen werden. Aus diesen Arbeiten werden Vorhersagen zur elektrochemischen Performance von redoxaktiven Substanzen als Elektrolyte abgeleitet werden können. Darüber hinaus müssen für eine adäquate Lebensdauer der Batterien Untersuchungen zu Degradationsprozessen durchgeführt werden, denen z.B. durch stabilere Moleküle, geeignetere Betriebsparameter oder Regenerationsstrategien gezielt begegnen zu können.Zu guter Letzt wird im Hinblick auf eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit auch die Verwertung von Nebenströmen in einem eigenen Arbeitspaket untersucht.