Università degli studi G. d Annunzio Chieti-Pescara

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Isidoro Carletti
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1 Università degli studi G. d Annunzio Chieti-Pescara Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di laurea in Scienze Geologiche TESI DI LAUREA DI PRIMO LIVELLO in Chimica Ambientale SINTESI E CARATTERIZZAZIONE DELLE NANOPARTICELLE DI PLATINO Relatore Prof. Nicola D Alessandro Laureando Simona Gabrielli Matricola Correlatore Dott.ssa Lucia Tonucci Anno Accademico

CAPITOLO 1 : STRUTTURA E UTILIZZI DELLA LIGNINA 1.1 STRUTTURA E FONTI DELLA LIGNINA La lignina, insieme alla cellulosa, costituisce il materiale di struttura e di sostegno delle piante legnose.

2 CAPITOLO 1 : STRUTTURA E UTILIZZI DELLA LIGNINA 1.1 STRUTTURA E FONTI DELLA LIGNINA La lignina, insieme alla cellulosa, costituisce il materiale di struttura e di sostegno delle piante legnose. Generalmente si trova tra le cellule, ma anche al loro interno e nelle pareti cellulari, e ha la funzione di regolare il trasporto di liquidi nella pianta, di farla crescere e di fungere da meccanismo di smaltimento [1]. Una struttura ben definita della lignina non può essere determinata, essendo un polimero naturale molto complesso. In generale sono stati proposti dei modelli di rappresentazione approssimati di tale struttura, come quello in Fig.1. Fig.1: Struttura della lignina 2

3 La lignina è una polimero complesso di monomeri aromatici di tipo fenilpropanoidi derivanti dall'alcol sinapilico (Fig.2), l'alcol coniferilico (Fig.3) e l'alcol para-cumarilico (Fig.4), che sono legati fra di loro mediante legami esterei, eterei o carbonio-carbonio. Questi monomeri variano in base alla famiglia vegetale, alla specie, all organo e al tessuto biologico. Si possono osservare anche fenoli ed eteri fenolici nella struttura della lignina. La lignina è un polimero insolubile negli acidi, ma solubile a caldo nella basi forti concentrate. Non risulta digeribile, né assorbibile. Fig.2: Struttura dell acido sinapilico Fig.3: Struttura dell acido coniferilico Fig.4: Struttura dell acido para-cumarilico 3

4 In tutto il mondo vengono prodotti 50 milioni di tonnellate di lignina all anno (??) come residuo della produzione della carta. All inizio della produzione cartiera la pasta presenta un colore marrone chiaro per via della lignina e delle sua proprietà di assorbimento della luce; per rendere chiara la carta, dunque, bisogna rimuoverla [2]. La maggior parte di questi scarti viene bruciata per produrre energia nelle cartiere, ma per via delle sue interessanti funzionalità e proprietà, la lignina offre la prospettiva di un applicazione in prodotti rinnovabili [3]. Si possono identificare due categorie principali di lignina: quella solforata e quella priva di zolfo. 1.2 UTILIZZI DELLA LIGNINA Le lignine sono fortemente ricercate come materiale combustibile, avendo un notevole potere calorifico. Nella centrale Enel di Gualdo Cattaneo (PG), per esempio, prossimamente ci sarà una riduzione dell utilizzo di carbone (5-10%) in favore della lignina, ottenuta come coprodotto del bioetanolo di seconda generazione [4]. Anche l etanolo può essere prodotto utilizzando, come combustibile per la fase di distillazione, la lignina disidratata meccanicamente. Attualmente nell ambito della chimica verde [5] si stanno cercando nuovi utilizzi della lignina, che non comportino la sua combustione. In Texas la lignina contenuta in abbondanza nei gusci di cocco, anziché bruciata, viene riutilizzata e combinata con un materiale termoplastico, così da creare particolari imballaggi (Fig.5), impiegati soprattutto nel settore della componentistica elettronica [6]. La lignina può anche essere utilizzata 4

5 per ottenere una nuova forma di BioPET (polietilene tereftalato di origine biologica): dagli scarti di cellulosa si può ottenere infatti acido terefetalico, che, polimerizzato con l etilen glicole derivante da sintesi enzimatica, andrà a dare il polietilene tereftalato, utilizzato per produrre bottiglie e altri imballaggi di uso quotidiano [7]. Troviamo altri utilizzi anche nel campo alimentare e cosmetico. La vanillina ne è un esempio: andando a lavorare gli scarti della lignina a temperature relativamente basse, si ottengono diverse molecole a basso peso molecolare, tra cui, appunto, la vanillina [8]. Altre ricerche stanno portando a trovare nuovi utilizzi, ad esempio come combustibile, per gli scarti della lavorazione della carta. Bisogna però andare a purificare questi scarti solidi da altri componenti presenti, e ottenere così materiali basati sulla lignina pura. Dopodiché, tramite processi come la frammentazione e la depolimerizzazione, si possono convertire questi residui solidi in combustibile liquido, il tutto ovviamente secondo i principi di chimica verde. Oltre a questa ricerca si stanno sviluppando studi su reazioni di deossigenazione per ridurre i gruppi carbossilici, metossi, eterei e idrossilici dalla lignina. La tendenza del nuovo millennio sarà quella di valorizzare come materia prima industriale non solo la cellulosa ma anche i suoi scarti di lavorazione tra i quali la lignina [9]. In Italia, inoltre, sta per essere realizzato dal Gruppo Mossi e Ghisolfi (M&G) il più grande impianto di produzione di bioetanolo al mondo presso Crescentino (VC), e finanziato dalla Regione Piemonte. Verranno prodotte dalla paglia e dalla canna comune tonnellate all anno di un biocombustibile di seconda generazione, ovvero la sua produzione non andrà ad intaccare le colture a scopo alimentare. La lignina, 5

essendo uno scarto della materia prima vegetale utilizzata, diverrà combustibile per la produzione di biofuel, ma anche in questo caso la ricerca sta valutando la

6 essendo uno scarto della materia prima vegetale utilizzata, diverrà combustibile per la produzione di biofuel, ma anche in questo caso la ricerca sta valutando la possibilità di rendere questo materiale a sua volta un biocombustibile di seconda generazione [10]. Fig.5: Imballaggio ottenuto dalla lignina presente nei gusci di cocco 6

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