Luận văn thạc sĩ kỹ thuật hóa học the utilization of black liquor generated in the cellulose production in the synthesis of carbon based materials

Luận văn về tận dụng dịch đen từ sản xuất cellulose rơm rạ để tổng hợp vật liệu carbon. Ứng dụng tiềm năng trong pin lithium-ion và các lĩnh vực khác.

• Tác giả: Phạm Đăng Cơ
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Thị Kim Phụng
• Trường học: Vietnam National University – Ho Chi Minh City University of Technology
• Chuyên ngành: Chemical Engineering
• Đề tài: Tổng Hợp Vật Liệu Cacbon Từ Dịch Đen Trong Quá Trình Sản Xuất Cellulose Từ Rơm Rạ
• Loại tài liệu: Master’s Thesis
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Tóm tắt

I. Tổng Quan Tổng Hợp Vật Liệu Carbon Từ Rơm Rạ Tiềm Năng

Nghiên cứu về tổng hợp vật liệu carbon từ các nguồn phế thải nông nghiệp như rơm rạ đang thu hút sự quan tâm lớn. Việc tận dụng rơm rạ không chỉ giải quyết vấn đề xử lý phế thải mà còn tạo ra vật liệu carbon có giá trị ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực. Đáng chú ý, dịch đen, một phụ phẩm từ quá trình sản xuất cellulose rơm rạ, cũng có thể được sử dụng để tổng hợp vật liệu. Nghiên cứu này tập trung vào ứng dụng của vật liệu carbon tổng hợp từ dịch đen và cellulose rơm rạ trong pin lithium-ion và màng lọc UV. Điều này phù hợp với xu hướng phát triển bền vững trong sản xuất, hướng tới tái chế và tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu.

1.1. Lợi Ích Nông Nghiệp của Việc Tái Chế Rơm Rạ

Rơm rạ có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, bao gồm làm lớp phủ đất, phân xanh và vật liệu lót chuồng. Nghiên cứu tại Việt Nam cho thấy rơm rạ có thể giảm sự bốc hơi nước từ đất tới 20% và ức chế sự phát triển của cỏ dại khoảng 70%. Việc trộn rơm rạ vào đất làm tăng hàm lượng carbon hữu cơ trong đất, cải thiện khả năng hấp thụ dinh dưỡng và tăng năng suất cây trồng. Việc sử dụng 5-8 tấn rơm rạ mỗi hecta có thể tăng năng suất lúa lên 10-15%.

1.2. Thành Phần Hóa Học và Giá Trị Dinh Dưỡng của Rơm Rạ

Thành phần hóa học quyết định chất lượng dinh dưỡng của rơm rạ, có vai trò quan trọng trong thức ăn chăn nuôi, tiêu hóa kỵ khí và cải tạo đất. Rơm rạ có giá trị dinh dưỡng thấp, và các nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện nó. Jenkins (1998) chỉ ra rằng các thành phần điển hình của sinh khối thực vật là độ ẩm cellulose, hemicellulose, lignin, lipid, protein, đường đơn, tinh bột, nước, hydrocarbon, tro và các hợp chất khác.

II. Thách Thức Xử Lý Dịch Đen Tối Ưu Hóa Quy Trình Tổng Hợp

Mặc dù tiềm năng lớn, việc tổng hợp vật liệu carbon từ dịch đen và cellulose rơm rạ vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Dịch đen là một phụ phẩm phức tạp, đòi hỏi quy trình xử lý hiệu quả để loại bỏ các tạp chất và tối ưu hóa khả năng tạo vật liệu carbon. Bên cạnh đó, cần nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất vật liệu và hiệu suất của pin lithium-ion và màng lọc UV được tạo ra. Việc kiểm soát quy trình tổng hợp và tối ưu hóa các thông số kỹ thuật là yếu tố then chốt để nâng cao chất lượng và khả năng ứng dụng của vật liệu.

2.1. Dịch Đen Từ Rơm Rạ Thành Phần và Nguồn Gốc

Dịch đen phát sinh từ quá trình nấu bột giấy bằng phương pháp sulfate, là một chất lỏng tối màu chứa nhiều chất hữu cơ và vô cơ. Thành phần chính của dịch đen bao gồm lignin, hemicellulose, các hợp chất phân hủy từ carbohydrate, nhựa cây, axit béo và các muối vô cơ. Nguồn gốc của dịch đen chủ yếu từ quá trình hòa tan lignin và hemicellulose trong quá trình nấu bột giấy.

2.2. Lignin Silica Composite Từ Dịch Đen Tiềm Năng Ứng Dụng

Lignin-silica composite từ dịch đen cho thấy tiềm năng lớn trong nhiều ứng dụng, bao gồm chất hấp phụ, chất xúc tác và vật liệu xây dựng. Việc kết hợp lignin và silica tạo ra một vật liệu có độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt và khả năng hấp phụ vượt trội. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng lignin-silica composite có thể được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước và không khí.

2.3. Vật liệu carbon có nguồn gốc từ Lignin

Vật liệu carbon có nguồn gốc từ Lignin như sợi carbon, carbon nano, carbon hoạt tính, carbon graphene ... đã đạt được nhiều tiến bộ vượt bậc nhờ cấu trúc độc đáo. Lignin sau quá trình nhiệt phân có thể tạo ra những loại vật liệu có diện tích bề mặt lớn hơn nhiều so với những loại vật liệu carbon từ những nguyên liệu thô khác.

III. Giải Pháp Tổng Hợp Vật Liệu Carbon Quy Trình Tối Ưu

Nghiên cứu này đề xuất một quy trình tổng hợp vật liệu carbon từ dịch đen và cellulose rơm rạ theo ba giai đoạn chính. Giai đoạn đầu tiên là sản xuất micro-fibrillated cellulose (MFC) từ rơm rạ, sau đó chuyển đổi thành MFC aerogel carbon để ứng dụng trong điện cực âm của pin lithium-ion. Giai đoạn thứ hai là sử dụng dịch đen từ giai đoạn một để sản xuất vật liệu carbon lignin-silica (CLS), cũng được sử dụng trong sản xuất điện cực. Giai đoạn cuối cùng là chiết tách lignin từ dịch đen sau giai đoạn hai, kết hợp với chitosan để sản xuất màng bảo quản thực phẩm.

3.1. Tổng Hợp Vật Liệu Lignin Silica Hybrid CLS và Carbon

Giai đoạn này tập trung vào việc tổng hợp và đặc tính hóa các hybrid lignin-silica carbonized (CLS). Nghiên cứu này cũng điều tra ảnh hưởng của giá trị pH (3 và 9) đến hành vi điện hóa của các mẫu CLS làm cực dương của pin lithium-ion. Việc tổng hợp và đặc tính hóa vật liệu carbonized MFC aerogel (C-MFCA) cũng được tiến hành, cùng với việc nghiên cứu hành vi điện hóa của các mẫu CLS làm cực dương của pin lithium-ion.

3.2. Chế Tạo Carbon Micro Fibrillated Cellulose Aerogel C MFCA

Quá trình chế tạo carbon micro-fibrillated cellulose aerogel (C-MFCA) bao gồm các bước: chuẩn bị huyền phù MFC, tạo gel MFC bằng phương pháp đông khô, và carbon hóa aerogel MFC ở nhiệt độ cao trong môi trường trơ. Các thông số như nhiệt độ carbon hóa, tốc độ gia nhiệt và thời gian giữ nhiệt ảnh hưởng đến tính chất và cấu trúc của vật liệu carbon cuối cùng.

3.3. Màng điện cực trên nền Lignin và Cellulose

Ngày nay, màng điện cực có khả năng phân hủy sinh học ngày càng được ứng dụng nhiều vào các thiết bị lưu trữ năng lượng nhờ vào cấu trúc linh hoạt, bền vững, chi phí thấp, không độc hại đến từ Lignin và Cellulose. Các màng điện cực này có thể đạt hiệu suất cao và ổn định.

IV. Kết Quả Vật Liệu Carbon Hiệu Suất Pin Khả Năng Lọc UV

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu carbon lignin-silica (CLS) có tiềm năng lớn trong ứng dụng pin lithium-ion. Với cấu trúc carbon đóng vai trò là lớp đệm và các hạt silica, CLS đạt dung lượng nạp riêng 1668 mAh/g trong chu kỳ đầu tiên và ổn định ở khoảng 328 mAh/g sau 100 chu kỳ. Vật liệu carbon MFC aerogel đạt dung lượng nạp riêng 258 mAh/g với hiệu suất Coulomb tương đương. Màng lignin/chitosan thể hiện khả năng chống 100% tia UV, kháng DPPH trên 90% và khả năng kháng khuẩn E. Coli và nấm C.

4.1. Đặc Tính Cấu Trúc của Vật Liệu Carbon CLS

Các kết quả phân tích XRD và SEM cho thấy vật liệu carbon CLS có cấu trúc xốp với các hạt carbon phân tán trong nền silica. Diện tích bề mặt riêng của CLS cao hơn so với lignin và silica riêng lẻ, cho thấy sự tương tác giữa hai thành phần này trong quá trình tổng hợp.

4.2. Hiệu Suất của Vật Liệu CLS trong Pin Lithium ion

Thử nghiệm điện hóa cho thấy vật liệu CLS có khả năng lưu trữ lithium tốt và duy trì dung lượng ổn định sau nhiều chu kỳ nạp xả. Sự hiện diện của silica giúp cải thiện độ ổn định cấu trúc của vật liệu carbon và ngăn chặn sự kết tụ của các hạt carbon trong quá trình hoạt động của pin.

4.3. Tính Chất Của Màng Lignin Chitosan

Độ dày, độ hòa tan trong nước và hàm lượng ẩm của các mẫu màng. Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu cũng xem xét các tính chất cơ học của màng như độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt của màng. Màng Lignin/Chitosan cần đáp ứng các tiêu chí trên để phù hợp trong ứng dụng màng lọc UV.

V. Ứng Dụng Thực Tế Màng Lọc UV Lưu Trữ Năng Lượng Bền Vững

Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc tận dụng phế thải nông nghiệp để sản xuất vật liệu carbon có giá trị cao. Ứng dụng của vật liệu này trong pin lithium-ion và màng lọc UV góp phần vào sự phát triển của các công nghệ lưu trữ năng lượng và bảo vệ môi trường bền vững. Việc tiếp tục nghiên cứu và tối ưu hóa quy trình tổng hợp sẽ giúp nâng cao hiệu quả và mở rộng phạm vi ứng dụng của vật liệu carbon từ dịch đen và cellulose rơm rạ.

5.1. Tính Năng Chống Tia UV Kháng Khuẩn của Màng Lignin Chitosan

Màng lignin/chitosan cho thấy khả năng chống tia UV, hoạt tính chống oxy hóa và kháng khuẩn tuyệt vời. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng trong bao bì thực phẩm, giúp bảo quản thực phẩm tươi lâu hơn và giảm thiểu sự lây lan của vi khuẩn.

5.2. Ứng Dụng Trong Hệ Thống Lọc UV Màng Bảo Vệ

Màng lignin/chitosan có thể được sử dụng trong các hệ thống lọc UV để loại bỏ các tia cực tím có hại từ ánh sáng mặt trời. Ngoài ra, màng này có thể được sử dụng làm lớp phủ bảo vệ cho các vật liệu nhạy cảm với tia UV, chẳng hạn như nhựa và vải.

VI. Tương Lai Phát Triển Vật Liệu Carbon Hướng Nghiên Cứu Mới

Trong tương lai, cần tập trung vào việc nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hình thành và tính chất của vật liệu carbon từ dịch đen và cellulose rơm rạ. Việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và thử nghiệm ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như chất xúc tác, cảm biến và vật liệu hấp phụ, cũng là những hướng đi đầy tiềm năng. Đồng thời, cần đánh giá tác động môi trường và tính bền vững của quy trình sản xuất để đảm bảo rằng công nghệ này thực sự góp phần vào sự phát triển xanh và bền vững.

6.1. Đề Xuất Phát Triển Sản Phẩm Mới Hướng Đến Ứng Dụng Xanh

Các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các sản phẩm mới từ vật liệu carbon lignin-silica và màng lignin/chitosan, chẳng hạn như vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường, chất hấp phụ để xử lý nước thải và màng lọc không khí.

6.2. Đánh Giá Cải Thiện Quy Trình Tổng Hợp

Cần tiến hành đánh giá toàn diện về tác động môi trường của quy trình sản xuất vật liệu carbon từ dịch đen và cellulose rơm rạ. Điều này bao gồm đánh giá lượng khí thải, tiêu thụ năng lượng và sử dụng nước. Dựa trên kết quả đánh giá, có thể đề xuất các biện pháp cải thiện quy trình để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY HO CHI MINH CITY HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY -------------------- PHAM DANG CO THE UTILIZATION OF BLACK LIQUOR GENERATED IN THE CELLULOSE PRODUCTION IN THE SYNTHESIS OF CARBON-BASED MATERIALS TỔNG HỢP VẬT LIỆU CACBON TỪ DỊCH ĐEN TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CELLULOSE TỪ RƠM RẠ Major: Chemical Engineering Major code: 8520301 MASTER’S THESIS HO CHI MINH CITY, January 2024 This research was conducted at: Vietnam National University – Ho Chi Minh City University of Technology (HCMUT). Le Thi Kim Phung Examiner 1: Assoc. Nguyen Truong Son Examiner 2: Dr. Tran Phuoc Nhat Uyen This master’s thesis is defended at Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM on January 20th, 2024.

Master’s Thesis Committee: 1. Nguyen Thi Phuong Phong 2. Nguyen Truong Son 3. Tran Phuoc Nhat Uyen 4.

Tran Tan Viet 5. Le Vu Ha Approval of the Chairman of the Master’s Thesis Committee and Dean of Faculty of Chemical Engineering after the thesis was corrected. CHAIRMAN OF DEAN OF FACULTY OF THESIS COMMITTEE CHEMICAL ENGINEERING VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY – HO CHI MINH CITY SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Independence – Freedom – Happiness ─────────────────────────────── ────────────────── APPROVAL OF MASTER’S DISSERTATION Full name: PHAM DANG CO Student ID: 2270118 Day of birth: 29/09/1999 Place of birth: Ben Tre City Major: Chemical Engineering Major code: 8520301 1. Name of dissertation In English: The utilization of black liquor generated in the cellulose production in the synthesis of carbon-based materials In Vietnamese: Tổng hợp vật liệu cacbon từ dịch đen trong quá trình sản xuất cellulose từ rơm rạ 2.

Dissertation objectives: Phase 1: - Synthesis and characterization of carbonized lignin-silica hybrids (CLS); Investigation into the effect of pH value (3 and 9) on the electrochemical behavior of CLS samples as an anode of lithium-ion battery. - Synthesis chẩcterization of carbonized MFC aerogel (C-MFCA); Investigation of the electrochemical behavior of CLS samples as an anode of lithium-ion battery. Phase 2: - Fabrication and characterization of lignin/chitosan film with different lignin content; Evaluation of the UV blocking, antioxidant performance, and antibacterial activity of lignin/chitosan film. Start date: 4th September, 2023 4.

Finish date: 4th January, 2024 5. Le Thi Kim Phung Ho Chi Minh City, January 11th 2024 SUPERVISOR HEAD OF DEPARTMENT PGS. Lê Thị Kim Phụng PGS. Lê Thị Kim Phụng DEAN OF FACULTY OF CHEMICAL ENGINEERING i ACKNOWLEDGEMENT First of all, I would like to deliver many thanks to Ho Chi Minh City University of Technology, Faculty of Chemical Engineering, and especially Refinery and Petrochemical Technology Research Center (RPTC) for creating such precious opportunities for me to take my thesis project.

Most importantly, I would like to express my sincerest gratitude to my supervisor, Assoc. Le Thi Kim Phung, who always wholeheartedly supports me not only in terms of academic issues but also with her thoughtful encouragement. Even though there were several times that I squeezed her last drop of patience, she would still help me to work on my problems in such a moderate manner. Moreover, I would also like to send my thankfulness to PhD student Le Minh Tan and PhD student Do Nguyen Hoang Nga, the kind and passionate researchers, who were always ready to answer my chemistry questions.

More than knowledge or surprising gifts, the “things” you two lied in me were the positive change in awareness, skills as well as heartfelt appreciation. Although there were countless moments for me to feel grateful about during the thesis period, the occasion to know and work with my team was the most priceless. Thanks to you all, Boi Tuyen, Thanh Viet, and Trang Nhi, my senior year was full of memorial stories. Each member left in me deep impressions with a very special sensation.

Last but not least, I would like to say my biggest thanks to my wife and my family, who always supported me in various aspects and have been my most reliable foundation. Pham Dang Co ii ABSTRACT Nowadays, the necessity of sustainable development in manufacturing is increasingly emphasized. In this setting, value-added byproducts from agriculture, waste-free processes, and efficient utilization of raw materials are considered to play a crucial role. Inspired by previous research on rice-straw-generated cellulose and the utilization of black liquor, this work focused on the extreme exploitation of rice straw for the production of various valuable materials.

The first stage was the production of micro-fibrillated cellulose (MFC) from straw, which was further synthesized into MFC aerogel carbon material applied in the anode of lithium-ion batteries. The second stage was the utilization of black liquor generated from stage one in the production of lignin-silica carbon material (CLS), which was also used for anode fabrication. The last stage was the extraction of lignin from the black liquor after stage two. This material was then combined with chitosan to produce food preservation film.

The results indicate that with a structure comprising carbon acting as a buffer layer and silica particles, CLS showed significant potential in synthesizing lithium-ion battery anode, possessing a specific charge capacity of 1668 mAh/g in the first cycle and maintaining stability at around 328 mAh/g after 100 cycles. Although demonstrating notable properties, the MFC aerogel carbon material only achieved a specific charge capacity of 258 mAh/g with equivalent Coulombic efficiency. In the field of food preservation, the obtained lignin/chitosan film exhibited 100% UV blocking, over 90% DPPH scavenging, and great antibacterial properties against E. Based on these results, it could be concluded that alongside cellulose, secondary products such as lignin-silica could also be considered as prospective candidates to be applied in energy storage systems and food preservation issues.

iii TÓM TẮT Ngày nay, sự cần thiết của phát triển bền vững trong sản xuất đang ngày càng được coi trọng. Trong bối cảnh này, việc tăng giá trị của các phụ phẩm từ nông nghiệp, phát triển các quy trình không phát thải hay việc tận dụng triệt để nguồn nguyên liệu đóng vai trò rất quan trọng. Dựa trên các nghiên cứu trước đây về việc sản xuất cellulose từ rơm rạ và việc tận dụng dịch đen, luận văn này tập trung vào việc khai thác triệt để nguồn nguyên liệu rơm rạ trong việc sản xuất nhiều vật liệu giá trị khác nhau. Giai đoạn đầu tiên là sản xuất micro-cellulose (MFC) từ rơm, tiếp tục phát triển từ vật liệu này thành vật liệu carbon MFC aerogel, ứng dụng trong chế tạo cực âm của pin lithium-ion.

Giai đoạn thứ hai là quá trình sản xuất vật liệu carbon lignin- silica (CLS) sử dụng dịch đen từ giai đoạn một, vật liệu này cũng được sử dụng trong sản xuất điện cực. Giai đoạn cuối cùng là chiết tách lignin từ dịch đen của giai đoạn hai. Vật liệu này sau đó được kết hợp với chitosan để sản xuất màng bảo quản thực phẩm. Kết quả cho thấy với cấu trúc bao gồm nền carbon và các hạt silica, vật liệu carbon lignin-silica (CLS) đã thể hiện được những tiềm năng nổi bật trong việc tổng hợp cực âm pin lithium khi dung lượng nạp riêng đạt 1668 mAh/g trong chu kỳ đầu tiên và ổn định ở khoảng 328 mAh/g sau 100 chu kỳ.

Dù cũng cho thấy những tính chất đáng chú ý, nhưng vật liệu carbon MFC aerogel chỉ đạt dung lượng nạp riêng 258 mAh/g nhưng với hiệu suất Coulomb tương đương. Trong lĩnh vực màng bảo quản thực phẩm, màng lignin/chitosan cho thấy khảng năng chống 100% tia UV, kháng DPPH trên 90% cùng khả năng kháng khuẩn E. Coli và nấm C. Từ những kết quả trên, bên cạnh cellulose, các sản phẩm phụ như lignin-silica cũng thể hiện khả năng ứng dụng tốt trong việc tiếp cận các vấn đề năng lượng và bảo quản thực phẩm.

iv GUARANTEE I hereby declare that I am the sole individual who was responsible for the workload in this thesis, under the supervision of Assoc. Le Thi Kim Phung, at Refinery and Petrochemical Technology Research Center (RPTC), Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM. The data and experimental results in this thesis were completely authentic and have not been published in any other dissertations of the same academic level. If the above declaration is not true, I will take full responsibility for my thesis.

Ho Chi Minh City, January 2024 Author Pham Dang Co v TABLE OF CONTENTS ACKNOWLEDGEMENT --------------------------------------------------------------- i ABSTRACT ------------------------------------------------------------------------------ ii TÓM TẮT --------------------------------------------------------------------------------iii GUARANTEE --------------------------------------------------------------------------- iv TABLE OF CONTENTS ----------------------------------------------------------------v LIST OF FIGURES ------------------------------------------------------------------- viii LIST OF SCHEMES -------------------------------------------------------------------- xi LIST OF TABLES ---------------------------------------------------------------------- xii LIST OF ABBREVIATIONS -------------------------------------------------------- xiii CHAPTER 1: LITERATURE REVIEW --------------------------------------------1 1. Rice straw and its agricultural advantages -----------------------------------1 1. Properties of rice straw -------------------------------------------------------1 1. Black liquor and lignin-silica composite from rice straw ------------------6 1.

Black liquor from rice straw -------------------------------------------------6 1. Lignin-silica composite from black liquor---------------------------------9 1. Carbon materials derived from lignin ------------------------------------ 12 1. Introduction of micro-fibrillated cellulose (MFC) ------------------------ 16 1.

Micro-fibrillated cellulose ------------------------------------------------- 16 1. The fabrication process ----------------------------------------------------- 18 1. Lignin and cellulose-based electrodes -------------------------------------- 24 1. Working mechanism of lithium-ion batteries --------------------------- 24 vi 1.

Lignin-based electrodes ---------------------------------------------------- 25 1. Cellulose-based electrodes ------------------------------------------------- 29 1. Application of lignin in food preservation --------------------------------- 32 1. Superior properties of lignin in food packaging film ------------------ 32 1.

Chitosan-lignin composite in food packaging film --------------------- 36 1. Motivations and objectives --------------------------------------------------- 40 CHAPTER 2: EXPERIMENTAL SECTION ------------------------------------- 41 2. Materials and Instrumentations -------------------------------------------------- 42 2. The synthesis of lignin-silica hybrid and carbon material derived from lignin-silica hybrid --------------------------------------------------------------------------- 46 2.

The fabrication of carbonized micro-fibrillated cellulose aerogel (C- MFCA) ---------------------------------------------------------------------------------------- 47 2. Preparation of lignin/chitosan film -------------------------------------------- 48 CHAPTER 3: PERFORMANCE OF CELLULOSE AND LIGNIN-BASED MATERIALS IN THE ANODE OF LITHIUM-ION BATTERY--------------------- 50 3. Structural characteristics of carbon materials---------------------------------- 50 3. Characterization of carbonized lignin-silica (CLS) ------------------------- 50 3.

Characterization of carbon micro-fibrillated cellulose aerogel (C-MFCA) -------------------------------------------------------------------------------------------------- 56 vii 3. Behavior of CLS samples and carbon aerogel as anode in lithium-ion batteries --------------------------------------------------------------------------------------- 60 3. Performance of CLS samples -------------------------------------------------- 60 3. Performance of C-MFCA ------------------------------------------------------ 63 CHAPTER 4: APPLICATION OF LIGNIN/CHITOSAN FILM FOR UV- LIGHT BLOCKING AND ANTIOXIDANT ANTIMICROBIAL ACTIVITY ---- 67 4.

Properties of lignin/chitosan film ----------------------------------------------- 67 4. Water vapor permeability ------------------------------------------------------ 72 4. UV blocking, antioxidant and antibacterial activity of lignin/chitosan film -------------------------------------------------------------------------------------------------- 74 4. UV blocking and opacity ------------------------------------------------------- 74 4.

Antibacterial and antifungal activity ------------------------------------------ 78 CHAPTER 5: CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS -------------- 81 5. Recommendations ------------------------------------------------------------- 82 LIST OF PUBLICATIONS------------------------------------------------------------ 84 REFERENCES -------------------------------------------------------------------------- 84 SHORT RESUME ---------------------------------------------------------------------- 99 viii LIST OF FIGURES Figure 1. Structure of lignin. Solubility of silica depending on temperature.

Lignin-silica linkage in plant. The mechanism of lignin pyrolysis process. Water phase diagram. FE-SEM images of the developed PF aerogels with different PF concentrations of (a) 0.%, (d) water contact angles of the sample.

Densities and porosities of pineapple leaf fibers aerogel with various fiber concentrations. Electrochemical performance of lignin-based anode and non-lignin-based anode: (a) cycle performance of the lignin-derived carbon anodes and lignin-free anodes, and charge-discharge pro f iles of (b) carbonized cellulose and lignin/cellulose (E-KL/CA-C, E-CA-C) at 50 mA g 1, (c) Si and lignin/Si(Si with lignin-derived carbon composite) at 0.1 A/g, (d) carbonized lignin with/without KOH treatment at 200 mA g 1, and (e) carbonized lignin with/without nitrogen doping 25 mA/g. Cellulose-based electrode materials for Li-Ion batteries (A) cellulose paper lamination technique for free-standing electrode (B) Meyer rod coating technique for CNT attached to commercial cellulose paper (C) Free-standing SnS /carbonized cellulose anode material for LIBs (D) flexible free-standing LTO/CNF/CNT anode paper (E) Plasma modified water-soluble cellulose-based electrodes for stable cycling of aqueous Li-ion batteries (F) 3D printing of NFC + CNTs for stretchable electrode assembly. UV absorption spectra of different chromophores in lignin.

Absorbance at wavelengths 200−800 nm with different lignin concentration %w/w. Chitosan and lignin cross-linking structure .