Fractionering en zuivering van ligninefractie in een bioraffinaderij: Membraanbenaderingen als economisch en ecologisch alternatief voor klassieke scheidingstechnieken.

Het produceren van chemicaliën uit biomassa en het vervangen van energie-intensieve scheidingsprocessen zijn integrale onderdelen van een duurzame chemische industrie. De downstream scheiding en opzuivering van biochemicaliën vormen echter een uitdaging. Daarom bekijkt deze studie de voordelen die organische solvent nanofiltratie (een energiezuinige scheidingstechniek) kan bieden voor het downstream scheidingsproces van natuurlijk vervaardigde aromatische stoffen.

Verschillende nanofiltratiemembranen werden getest op hun resistentie  voor oplosmiddelen en hun selectiviteit voor fenolen die worden aangetroffen in lignine-olie van berkenhout. Enkel commercieel verkrijgbare nanofiltratiemembranen werden overwogen om directe relevantie voor een toekomstige bioraffinaderij te garanderen. Bovendien werden enkel groene oplosmiddelen geselecteerd om de milieuvriendelijkheid van het downstream proces te vergroten. Combinaties van twee oplosmiddelen en zeventien nanofiltratiemembranen werden onderzocht.

Aangezien onderlinge affiniteiten van membraan, oplosmiddel en opgeloste stof een beslissende rol bleken te spelen in de scheiding, werden de polaire eigenschappen van de membraanmaterialen, opgeloste stoffen en oplosmiddelen gekarakteriseerd. Hansen 's oplosbaarheidsparameters bleken een belangrijk hulpmiddel te zijn om het op affiniteit gebaseerde transportgedrag te begrijpen. Dit bleek vaak relevanter dan op grootte gebaseerde zeefeffecten.

De oligomeren en monomeren in de lignine olie werden met succes gescheiden door middel van organische solvent nanofiltratie. De meest performante systemen waren apolaire membranen op siliconenbasis gecombineerd met ethylacetaat, het minst polaire oplosmiddel. Diafiltratie en een tweestapsfiltratie zorgden voor een nog betere scheiding. Het fractioneren van de monomeerfractie bleek echter een grotere uitdaging, aangezien de monomeren bijna identieke afmetingen en polaire eigenschappen hebben. De meest effectieve scheidingen werden bereikt met behulp van de meest polaire PA- en PI-gebaseerde membranen in combinatie met het polaire oplosmiddel methanol. Simulaties toonden aan dat een kleine meertraps membraancascade nodig is om zuivere monofenolen te produceren. Verder hangt het optimale cascadeontwerp sterk af van de vereisten van de productstroom. Ten slotte werden belangrijke affinitietsparameters ontdekt, die het doelbewuste ontwerp van betere organische solvent nanofiltratie membranen en systemen mogelijk maken.