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Titelaufnahme

Titel
Aerogels from lignin : influences of different resources and crosslinkers / eingereicht von: Sebastian Leitner
VerfasserLeitner, Sebastian
Begutachter / BegutachterinPaulik, Christian ; Monkowius, Uwe
Erschienen2015
UmfangIII, 86 S. : zahlr. Ill. und graph. Darst.
HochschulschriftLinz, Univ., Diss., 2015
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Aerogel / hochporös / Lignin / Polyurethan / Formaldehyd / Carbogel / Oberfläche
Schlagwörter (GND)Lignin / Aerogel / Polyurethane / Formaldehyd / Oberfläche / Rasterelektronenmikroskopie
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-3289 Persistent Identifier (URN)
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 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
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Aerogels from lignin [7.28 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Lignin ist eine der häufigsten Bio-Ressourcen neben Cellulose und die Ressource mit dem höchsten natürlichen Kohlenstoff Anteil.

Dadurch ergeben sich Möglichkeiten, neue Materialien und Vorstufen für Kohlenstoff basierte Materialien herzustellen. jedoch sind die Anwendungsgebiete für Lignine und Lignosulfonate aufgrund ihrer undefinierten Struktur sehr eingeschränkt.

Ein Teil der Arbeit beschäftigt sich mit er Herstellung von Aerogelen und Carbogelen aus Lignin-Formaldehyd Lösungen ohne vorherige Zugaben von Phenolen. Verschiedene Formaldehyd zu Lignin Verhältnisse wurden untersucht und der Masseanteil der Reaktanden wurde zwischen 10% und 15% festgelegt. Damit konnten reproduzierbare Ergebnisse erhalten werden.

Thermogravimetrische Analysen führten zu den gewünschten Bedingungen für die Pyrolyse von Aerogelen zu Carbogelen. Alle Materialien wurden mittels N2 Sorptions Analysen auf ihre spezifische Oberfläche hin untersucht und weiteren Untersuchungen mittels Rasterelektronenmikroskopie unterzogen. Höhere Formaldehydanteile führen dabei zu höheren spezifischen Oberflächen bei Aerogelen und Carbogelen.

Ebenso haben die Resourcenquellen starken Einfluss auf die Materialeigenschaften.

In einem zweiten Teil wurden Lignin und Lignosulfonat mittels Toluoldiisocyanat in Anlehnung an die Polyurethanchemie vernetzt. Es wurden die Vernetzungsreaktionen mittels Modellsubstanzen untersucht um genauere Informationen über die reaktiven Gruppen und den Einfluss von Sulfonatgruppen zu definieren. Die quervernetzten Lignin und Lignosulfonat Polyurethane wurden thermogravimetrisch und mittels N2-Sorption und REM analysiert. Es konnten spezifische Oberflächen zwischen 70 und 80 m2/g erreicht werden. Weiters wurde die Möglichkeit untersucht, die Materialien zum Auffangen von Rohöl aus Wasser zu verwenden.

Zusammenfassung (Englisch)

Applications for lignin and lignosulfonates are limited today due to an undefined structure and varying properties of the substance.

However, lignin as the second most abundant bio-resource besides cellulose and the bio-based raw material with one of the highest natural carbon contents has the potential to act as a precursor for carbon materials.

One part of the work deals with preparation of aerogels and carbogels from a lignin formaldehyde solution without further addition of phenols.

Different formaldehyde to lignin ratios were tested with a constant lignin-formaldehyde reactant concentration at 10 or 15 %. These conditions led to reproducible hydrogels. Aerogels were prepared by supercritical solvent extraction or lyophilization. Results from thermogravimetrical analysis yielded the desired conditions for pyrolysis of the aerogels to carbogels. All sample materials were measured by nitrogen BET adsorption to obtain the specific surface area and the surface was further investigated by scanning electron microscopy. Higher formaldehyde to lignin ratio gave a higher specific surface area in the resulting aerogels and carbogels. Also the influence of the resource properties on the materials was investigated.

In the second part of this study we have applied a Kraft lignin and a sodium lignosulfonate to form 3D molded paddings with the cross-linker toluene-diisocyanate. For the cross-linking reaction we have studied the chemistry of the reaction with model substances to define the reactive groups and the influence of sulfonate groups in the crosslinking reaction of lignin and lignosulfonates with TDI. The cross-linked lignin-polyurethane and lignosulfonate-polyurethane networks were analyzed via thermogravimetrical analysis and finally carbonized. The carbon material was analyzed for its BET surface area, its surface structure via scanning electron microscopy. Surface areas between 70 and 80 m g-1 could be reached. Moreover the material was tested for its adsorption potential of crude oil from water and could take up to twice its own weight.