Application of the PC-SAFT Equation of State to the description of Lignin-Ethanol-Water system LLE

La transizione verso un'economia circolare richiede lo sviluppo di polimeri sostenibili, capaci di ridurre la dipendenza dalle risorse fossili e minimizzare l'impronta di carbonio. La lignina, un biopolimero abbondante e rinnovabile, si presenta come un'alternativa promettente, ma la sua complessità strutturale ne ostacola l'utilizzo diretto. Questo studio affronta tale sfida ottimizzando la modellazione termodinamica del processo A.L.P.H.A. una tecnica innovativa per la purificazione della lignina in componenti ad alto e basso peso molecolare, ideali rispettivamente per fibre di carbonio e poliuretani. L'efficacia del processo A.L.P.H.A. dipende dalla precisa previsione dell'equilibrio liquido-liquido (LLE) del sistema lignina-acqua-etanolo. Tuttavia, i modelli termodinamici finora utilizzati, quali NRTL e UNIQUAC, mostrano limitazioni in tale contesto. In questo studio, l'Equazione di Stato PC-SAFT è stata usata per superare tali limitazioni. I parametri PC-SAFT per la lignina sono stati ottimizzati, combinando algoritmi di Particle Swarm Optimization e Nelder-Mead, per minimizzare la deviazione tra i dati sperimentali e le previsioni del modello. I risultati ottenuti evidenziano la superiorità del modello PC-SAFT rispetto a NRTL e UNIQUAC, con una riduzione drastica degli errori nella previsione della composizione della lignina. A 45°C e 75°C, PC-SAFT ha ottenuto errori di previsione del 7.3% e 3.9%, rispettivamente, contro il 46% e 60% di NRTL e UNIQUAC. Nonostante i miglioramenti ottenuti, persistono alcune discrepanze nella fase ricca di solvente, attribuibili alla polidispersità intrinseca della lignina, non considerata nella presente modellazione. Per approfondire le interazioni intermolecolari nel sistema, è stato utilizzato il modello SAFT-AC, derivato di PC-SAFT basato sui coefficienti di attività. In sintesi, questo studio dimostra il potenziale di PC-SAFT come strumento affidabile ed efficace per la modellazione di sistemi di biopolimeri complessi.