ارتقای الکتروکاتالیستی ترکیبات فنولی مشاهده شده پس از پیرولیز لیگنین

ارزش‌گذاری لیگنین به طور فزاینده‌ای اهمیت پیدا می‌کند زیرا روش‌های تجزیه بیوماس به سطوح بالاتری از آمادگی فناوری دست می‌یابند. یکی از روش‌های ارتقای لیگنین ابتدا شامل تجزیه آن با پیرولیز سریع برای ایجاد یک بیو-روغن مشتق از لیگنین است. محصول مایع غنی از فنول‌ها یک ماده اولیه نویدبخش برای هیدروژناسیون الکتروکاتالیستی است، زیرا آروماتیک‌ها می‌توانند توسط هیدروژنی که روی کاتدهای کاتالیستی جذب شیمیایی شده است، دئوکسید و اشباع شوند، که باعث کاهش خورندگی محصول و افزایش محتوای انرژی آن می‌شود. با ادغام تجزیه بیوماس با تجزیه پیرولیتیکی و ارتقای الکتروکاتالیستی، لیگنین می‌تواند به سوخت‌ها و مواد شیمیایی ارزشمند تبدیل شود که به طور قابل توجهی سودآوری بیورفینری‌ها را افزایش می‌دهد. در این مطالعه، ترکیبات مدل نماینده اجزای بیو-روغن لیگنین تحت هیدروژناسیون الکتروکاتالیستی (ECH) در دماهای ملایم با استفاده از روتنیم روی پارچه زغالی فعال قرار گرفتند.فنول، گوآیاکول، سیرینگول و چند فنول آلکیلی و اتر آریل متیل مرتبط مورد مطالعه قرار گرفتند. علاوه بر هیدروژناسیون، شکست پیوند C–O و C–C نیز مشاهده شد. تبدیل فنول‌های آلکیلی با افزایش طول زنجیره آلکیل کاهش یافت. به‌طور مشابه، برای گوآیاکول‌های جایگزین شده با آلکیل، تبدیل با افزایش طول زنجیره آلکیل کاهش یافت و انتخاب‌پذیری از دیمتوکسیلاسیون دور شد و به نفع ۲-متوکسی‌سیکلوهگزانول جایگزین شده با آلکیل تغییر کرد. افزایش غلظت زیرلایه، کارایی فارادایی را تا یک سطح اشباع در غلظت‌های بالاتر بهبود بخشید. با شناسایی شرایط الکتروکاتالیتیک و واکنش‌پذیری‌ زیرلایه‌های مرتبط با لیگنین، این مطالعه درهای نویددهنده ارتقای زیست‌توده به سوخت‌ها و مواد شیمیایی از طریق مسیر پیرولیز–الکتروکاتالیز را بیش از پیش باز می‌کند.

Lignin valorization is increasingly important as biomass fractionation approaches achieve higher technology readiness levels. One approach to upgrade lignin first involves its deconstruction by fast pyrolysis to create a lignin-derived bio-oil. The phenolics-rich liquid product is a promising feedstock for electrocatalytic hydrogenation, as aromatics can be deoxygenated and saturated by hydrogen chemisorbed on catalytic cathodes, mitigating the product’s corrosivity and raising its energy content. By integrating biomass fractionation with pyrolytic deconstruction and electrocatalytic upgrading, lignin can be valorized to fuels and chemicals that significantly enhance the profitability of biorefineries. In this study, model compounds representing lignin bio-oil components were subjected to electrocatalytic hydrogenation (ECH) at mild temperatures using ruthenium on activated carbon cloth. Phenol, guaiacol, syringol, and several related alkyl phenols and aryl methyl ethers were studied. In addition to hydrogenation, C–O and C–C hydrogenolysis were observed. Conversion of the alkyl phenols decreased with increasing alkyl chain length. Similarly, for alkyl-substituted guaiacols, conversion decreased as alkyl chain length increased, and selectivity shifted away from demethoxylation, favoring alkyl-substituted 2-methoxycyclohexanol. Increasing substrate concentration improved the Faradaic efficiency up to a plateau at higher concentrations. By mapping out electrocatalytic conditions and reactivities of lignin-relevant substrates, this work further opens the door to the promise of biomass upgrading to fuels and chemicals via the pyrolysis–electrocatalysis pathway.