Biotechnologische Umsetzung von Lignosulfonat als Bitumenersatz

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, Lignosulfonate biotechnologisch zu modifizieren, dass sie als Ersatz oder Beimengung zum herkömmlichen Bitumen in Frage kommen. Hierfür war eine Maßnahme das Magnesium-Lignosulfonat der Firma Lenzing, zunächst zu polymerisieren und die Struktur anschließend mit verschiedenen Analysemethoden darzustellen. Zuletzt wurde ein Ansatz überlegt, um das hydrophile Magnesium-Lignosulfonat zu hydrophobieren. Bei der Verwendung von Laccase wurde ausgetestet, wie sich die Laccase- und Ligninkonzentration, das Vorhandensein von Citratpuffer und HBT-Mediator und die Reaktionszeit auf die Polymerisation auswirken. Ein deutlicher Anstieg der Molmasse wurde erreicht durch eine Ligninkonzentration von 10% und der Verzicht auf Mediator und Citratpuffer. Die ideale Versuchsdauer betrug 4 Stunden. Bei den Versuchen mit Pilzen wurden eine Weißfäule (Trametes pubescens) und eine Braunfäule (Gloephyllum trabeum) gewählt. Die Braunfäule eignete sich zur Polymerisierung von Lignosulfonat nicht, daher wurden alle weiteren Versuche mit der Weißfäule durchgeführt. Die idealen Parameter für die Polymerisierung waren eine Konzentration von 1% Lignosulfonat in stickstoffarmen Medium bei einer Bebrütung von 7 Tagen bei 28°C. Anschließend wurde die Isolierung des Lignosulfonats mittels Membranfiltration durchgeführt, um seine chemischen Funktionalitäten wie Hydroxyl- und Sulfonsäuregruppen zu bestimmen, welche beide bei der Polymerisierung abnahmen. Weiters kamen auch FT-IR und STA Analysen zum Einsatz. Bio-Grafting bedeutet, dass das Einbringen von funktionellen Gruppen mithilfe von Enzymen erreicht wird und wurde hier zur Hydrophobierung verwendet. Als hydrophobe Randgruppe wurde Nonivamid gewählt. Dieses war radioaktiv markiert, um die Bindung an das Ligninmolekül prüfen zu können.

Polymerisation of technical lignosulfonates with laccase and white-rot fungi was accomplished. Physico-chemical characterization with respect to usage as replacement for bitumen was performed. Treated lignosulfonate showed greatly increased molar mass as determined by HPSEC and significantly lower content of functional groups, i.e. hydroxyl and carboxyl groups.