Tailoring kraft lignin for high-performance nanoparticles: from structure to function

Autor(es)

Rodrigues, Jessica S. ; de Freitas, Amanda S. M. ; Botaro, Vagner R. ; Ferreira, Marystela ; Fraceto, Leonardo F.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: International Journal of Biological Macromolecules; v. 312, p. 12-pg., 2025-06-01.

Resumo

In the context of biorefineries, kraft lignin (KL) has emerged as an underexplored yet promising resource. Its phenolic structures are crucial, offering a wide range of applications, from advanced materials to nanotechnology. This study investigates the sequential fractionation of KL in acetic acid (HOAc), a green solvent, to produce lignin nanoparticles (LNP). KL fractions were obtained at HOAc concentrations ranging from 10 % to 60 %. The most promising fractions, namely KL_30%, KL_40%, KL_50%, and the final residue (FR), were selected based on high extraction yield and distinct molar masses (Mw) for LNP preparation using the antisolvent precipitation method. The study explores the influence of Mw, chemical composition, and functionality of LNPs on their properties. The results demonstrated an inverse correlation between Mw and the hydrodynamic diameter of LNPs, where lower Mw fractions (KL_30% and KL_40%) resulted in larger particle sizes, while KL_50%, despite its higher Mw, produced the smallest LNPs. This finding reinforces the idea that Mw alone does not dictate particle size, and the chemical functionality of lignin - particularly the balance between phenolic and aliphatic groups plays a crucial role in determining aggregation behavior, surface charge, and colloidal stability. A deeper understanding of these structure-function relationships opens new opportunities for optimizing lignin fractionation and tailoring LNPs for specific applications in nanotechnology and advanced materials. (AU)

• Processo FAPESP: 23/06505-9 - Preparo de dispositivos flexíveis e biodegradáveis utilizando biopolímeros aditivados com materiais de carbono: Insights para uma agricultura sustentável
• Beneficiário: Marystela Ferreira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 21/10639-5 - Centro de Pesquisa em Biodiversidade e Mudanças do Clima
• Beneficiário: Leonor Patricia Cerdeira Morellato
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 23/00335-4 - AVALIAÇÃO DA CORRELAÇÃO ESTRUTURA-DESEMPENHO DE FRAÇÕES DE LIGNINA KRAFT: Insights para uma Agricultura Sustentável
• Beneficiário: Jessica de Souza Rodrigues
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/21004-5 - Agricultura, micro/nanotecnologia e ambiente: da avaliação dos mecanismos de ação a estudos de transporte e toxicidade
• Beneficiário: Leonardo Fernandes Fraceto
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 24/14149-0 - Valoração da biomassa para aplicações agrícolas: Uso da nanolignina em hidrogéis sustentáveis para liberação controlada de fósforo em solos
• Beneficiário: Amanda de Sousa Martinez de Freitas
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Fixação de Jovens Doutores
• Processo FAPESP: 24/01872-6 - Valoração da biomassa para aplicações agrícolas: Uso da nanolignina em hidrogéis sustentáveis para liberação controlada de fósforo em solos
• Beneficiário: Leonardo Fernandes Fraceto
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular