Lignin-based hydrogel as novel soil conditioner
- Reference number
- UKR22-0062
- Project leader
- Fihurka, Nataliia
- Start and end dates
- 231101-241031
- Amount granted
- 1 000 000 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Decreased resources of fossils and increased world population make scientists to find new sustainable resources. From this point of view, biomass looks promising raw material as it is renewable and at the same time extensively abundant material on the planet. Sweden stores a huge amount of renewable wood biomass in the forests. The main two components of wood are cellulose and lignin. In the case of cellulose, it is valuable due to its broad industrial application. On the contrary, lignin is considered inexpensive and 98% of it is burned to generate energy (Rico-García et al., 2020). Large quantities of lignin, as a by-product, are yearly available from numerous pulping processes such as paper and biorefinery industries. Instead of being burned, lignin could be used for various environmental and biomedical applications as lignin macromolecule contains available sites for chemical modification. The Project is aimed at the development of novel lignin-based hydrogel possessing super adsorbent properties. It is supposed that the obtained hydrogels will have the following properties: (1) ability to high water retention;(2) ability to slow release of fertilizers: (3) biodegradability to non-toxic products; (4) renewability of basic raw materials for hydrogel synthesis.Such hydrogel could be a sustainable and environmental-friendly alternative to industrial agriculture hydrogels based on synthetic crosslinked polymers.
Popular science description
Hydrogeler används inom jordbruket för att hålla kvar fukt i jorden eftersom dess innehåll direkt påverkar frögroning och skördar. Det är bekräftat att jordbrukshydrogeler minskar växternas känslighet för vattenbrist och främjar deras tillväxt. Generellt sett består hydrogeljordbruksteknologi av införande av torkade hydrogeler i jorden, särskilt i rotområdet. Överskottet av bevattnat vatten, såväl som regnvatten, adsorberas av partiklarna av torkad hydrogel och hålls kvar i den. Vid brist på tillgänglig fukt i jorden släpper hydrogel ut cirka 95 % av det adsorberade vattnet vilket förhindrar vattenstress. Dessutom kan hydrogelmatrisen laddas med gödningsmedel som kan bromsa utsläppet i jorden. Långvarig leverans av gödningsmedel ökar skördarna och gör det möjligt att applicera lägre mängder gödningsmedel. Således säkerställer jordbrukshydrogeler mindre frekvens av bevattning och mindre mängder gödningsmedel som införs i jorden. Hydrogelteknik är viktig för en rationell användning av färskvatten på planeten och minskar de skadliga effekterna av gödningsmedel på jorden. Majoriteten av de tillgängliga hydrogelerna på marknaden är sammansatta av polyakrylamid, polyakrylater och polyakrinolintril. Dessa polymerer är inte helt biologiskt nedbrytbara och anses därför vara potentiella markföroreningar. Dessutom kräver deras syntes icke-förnybara råresurser som är beroende av petroleumindustrin. Projektet är inriktat på utvecklingen av ny ligninbaserad hydrogel med förmågan att kvarhålla vatten och långsam frisättning av gödningsmedel. Lignin är en naturlig polymer som ingår i landväxter. Efter cellulosa är lignin den vanligaste polymeren på planeten och spelar en viktig roll i den naturliga kolcykeln. Lignin tillsammans med hemicellulosa ger stjälkarnas mekaniska styrka. den tillverkas inte industriellt för särskilda ändamål. Faktum är att lignin och dess kemiskt modifierade former är avfallsprodukter från massa- och pappersindustrin. Under den fysikalisk-kemiska bearbetningen av växtvävnader minskar molekylvikten av lignin flera gånger, och dess kemiska aktivitet ökar. Således är lignin en utmärkt kandidat för utveckling av nya biobaserade material för varierande tillämpningar. Målet med detta projekt är att erhålla ligninbaserade hydrogeler som har följande fördelar: (1) förmåga till hög vattenretention; (2) förmåga långsam utsläpp av gödningsmedel: (3) biologisk nedbrytbarhet till icke-toxiska produkter; (4) förnybarhet av basråmaterial för hydrogelsyntes.