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<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Kim,&#x20;Kwang&#x20;Ho</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Jeong,&#x20;Keunhong</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Kim,&#x20;Seung-Soo</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Brown,&#x20;Robert&#x20;C.</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="accessioned">2024-01-19T20:32:16Z</dcvalue>
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<dcvalue element="description" qualifier="abstract">Alkali&#x20;and&#x20;alkaline&#x20;earth&#x20;metals&#x20;(AAEMs)&#x20;naturally&#x20;occurring&#x20;in&#x20;most&#x20;lignocellulosic&#x20;biomass&#x20;have&#x20;strong&#x20;catalytic&#x20;reactivity&#x20;during&#x20;biomass&#x20;depolymerization.&#x20;Considering&#x20;the&#x20;fact&#x20;that&#x20;only&#x20;a&#x20;small&#x20;amount&#x20;of&#x20;AAEMs&#x20;can&#x20;dramatically&#x20;change&#x20;the&#x20;thermal&#x20;pathway&#x20;of&#x20;each&#x20;biomass&#x20;component,&#x20;an&#x20;in-depth&#x20;understanding&#x20;of&#x20;the&#x20;effect&#x20;of&#x20;AAEMs&#x20;on&#x20;pyrolysis&#x20;kinetics&#x20;is&#x20;necessary&#x20;to&#x20;develop&#x20;the&#x20;catalytic&#x20;and&#x20;thermal&#x20;routes&#x20;for&#x20;effective&#x20;lignin&#x20;depolymerization.&#x20;This&#x20;work&#x20;investigated&#x20;the&#x20;pyrolysis&#x20;kinetics&#x20;of&#x20;Na&#x20;and&#x20;Mg&#x20;metal-infused&#x20;lignin&#x20;using&#x20;a&#x20;distributed&#x20;activation&#x20;energy&#x20;model&#x20;(DAEM)&#x20;to&#x20;analyze&#x20;experimental&#x20;pyrolysis&#x20;data.&#x20;We&#x20;also&#x20;performed&#x20;computational&#x20;modeling&#x20;of&#x20;lignin&#x20;decomposition&#x20;using&#x20;density&#x20;functional&#x20;theory&#x20;(DFT)&#x20;and&#x20;Bader&amp;apos;s&#x20;atoms-in-molecules&#x20;(AIM)&#x20;analysis&#x20;to&#x20;understand&#x20;the&#x20;bond&#x20;properties&#x20;and&#x20;calculate&#x20;the&#x20;bond&#x20;length&#x20;of&#x20;the&#x20;aryl-ether&#x20;linkage&#x20;in&#x20;the&#x20;lignin&#x20;model&#x20;dimer&#x20;and&#x20;the&#x20;stabilized&#x20;energy&#x20;level&#x20;in&#x20;the&#x20;presence&#x20;of&#x20;Na&#x20;and&#x20;Mg.&#x20;Quantum&#x20;mechanical&#x20;calculation&#x20;allowed&#x20;us&#x20;to&#x20;understand&#x20;how&#x20;the&#x20;metal&#x20;ions&#x20;interact&#x20;at&#x20;the&#x20;molecular&#x20;level&#x20;with&#x20;the&#x20;lignin&#x20;structure.&#x20;Along&#x20;with&#x20;computational&#x20;studies,&#x20;kinetic&#x20;parameters&#x20;including&#x20;the&#x20;distribution&#x20;curve&#x20;of&#x20;the&#x20;activation&#x20;energy,&#x20;f(E),&#x20;and&#x20;the&#x20;activation&#x20;energy&#x20;dependent&#x20;frequency&#x20;factor,&#x20;k(0),&#x20;were&#x20;obtained.&#x20;The&#x20;peak&#x20;of&#x20;the&#x20;f(E)&#x20;curve&#x20;was&#x20;centered&#x20;at&#x20;180&#x20;kJ&#x20;mol(-1)&#x20;for&#x20;the&#x20;control&#x20;lignin,&#x20;which&#x20;increased&#x20;up&#x20;to&#x20;208&#x20;kJ&#x20;mol(-1)&#x20;with&#x20;the&#x20;infusion&#x20;of&#x20;Mg&#x20;but&#x20;decreased&#x20;to&#x20;145&#x20;kJ&#x20;mol(-1)&#x20;with&#x20;Na&#x20;treatment.&#x20;DFT&#x20;calculations&#x20;on&#x20;lignin&#x20;model&#x20;compounds&#x20;identified&#x20;the&#x20;most&#x20;stable&#x20;metal-lignin&#x20;complex,&#x20;in&#x20;which&#x20;metals&#x20;can&#x20;bind&#x20;the&#x20;O(C)&#x20;and&#x20;O(methoxy)&#x20;forming&#x20;a&#x20;stable&#x20;half-sandwich&#x20;structure.&#x20;Although&#x20;Mg&#x20;has&#x20;a&#x20;stronger&#x20;catalytic&#x20;effect&#x20;elongating&#x20;the&#x20;dissociating&#x20;bond,&#x20;C-O,&#x20;the&#x20;Mg-lignin&#x20;complex&#x20;dramatically&#x20;reduces&#x20;the&#x20;stabilized&#x20;energy,&#x20;which&#x20;brings&#x20;strong&#x20;recalcitrance&#x20;to&#x20;lignin&#x20;decomposition.&#x20;These&#x20;results&#x20;provide&#x20;both&#x20;kinetic&#x20;parameter&#x20;level&#x20;and&#x20;molecular&#x20;level&#x20;understanding&#x20;of&#x20;the&#x20;effect&#x20;of&#x20;AAEMs&#x20;on&#x20;lignin&#x20;pyrolysis,&#x20;allowing&#x20;the&#x20;development&#x20;of&#x20;more&#x20;useful&#x20;pyrolysis&#x20;models.</dcvalue>
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