Solvent-fractionated sugar cane bagasse lignin: structural characteristics and electro-spinnability

Abstract

Lignin is one of the most abundant macromolecules on Earth. Lignins are obtained as by-products from the paper industry and used mostly as fuel. Their diverse composition has limited the development of high added-value applications: however, because of their abundance and sustainable origin, there is a growing interest in using lignins as a raw material and as a replacement for oil derivatives. In order to use lignins in bio-refineries, several processes must be studied and standardized. Lignin fractionation using solvents is a promising process. In this study, lignin from sugar cane bagasse (L1) was fractionated with solvents, and the fractions were characterized to evaluate structural aspects relevant for the production of fibers. L1 was extracted into four fractions with toluene (E1), ethanol (E2), methanol (E3), and dimethyl sulfoxide (DMSO, E4). Fractions E2, E3, and E4, showed only slightly different molar masses and molar mass distribution, but have relevant differences in their structural characteristics and processability. The ethanol extract (E2) provided lignins with a more flexible structure, and electro-spinning resulted in the production of nanofibers with diameters between 60 and 120 nm; the methanol fraction (E3) produced nanospheres with diameters between 90 and 350 nm; the DMSO fraction (E4) covered only a surface with electro-spray. These results show the possibility of developing high added-value applications using fractions of lignin from distinct biomasses or from their combination.

Investigation of the potential for utilization of sugarcane bagasse lignin for carbon fiber production: Thailand case study

“…This structure could be attributed to an unstable electrospinning jet caused by solvent viscosity and low volatility. Similar result was reported in the study of Leite et al [14]. where DMSO was also used for bagasse lignin solubilization.…”

Produção integrada de monossacarídeos e lignosulfonatos a partir de bagaço de cana-de-açúcar

“…Além da formação de uma grande diversidade de fragmentos de lignosulfonatos, os cromatogramas do licor de pré-tratamento também apresentaram um sinal intenso entre 18 mL e 19 mL que pode ser atribuído a presença de p-cumarato e/ou ferulato. Esta identificação foi confirmada pela maior intensidade do sinal em 315 nm quando comparado com 280 nm, o que é típico do espectro UV em meio alcalino dos ácidos hidróxicinâmicos (LEITE et al, 2016) e pela co-eluição da amostra de licor negro com padrão de ácido p-cumárico, conforme ilustrado na Figura 16. Está descrito na literatura que a maior parte do p-cumarato e ferulado do bagaço de cana-de-açúcar é liberada nas condições de pré-tratamento alcalino de grupos éster ligados à lignina e arabinoxilanos, respectivamente (REINOSO et al, 2018).…”

“…licor negro e do licor de ressulfonação do ponto ótimo apresentaram banda típica em 280 nm atribuída a anéis aromáticos substituídos por grupos hidroxila (-OH) e metoxila (-OCH3) de estruturas de lignina. Note-se ainda que a banda em 315 nm, tipicamente observada em ligninas de bagaço de cana-de-açúcar, que é atribuída a presença de - insaturações dos p-cumaratos esterificados nas cadeias laterais de lignina TERASHIMA, 1991;LEITE et al, 2016;LIN et al, 2021) não está presente nos espectros de UV dos lignosulfonatos purificados. Fonte: autoria própria.…”