Oxygen delignification is a critical stage in modern kraft pulp production, enabling significant reductions in chlorine-based bleaching chemicals and environmental emissions while maintaining fiber quality. The process remains limited by challenges in efficiency and selectivity, governed jointly by chemical reactions and mass transport constraints. This thesis investigates the interplay between these mechanisms and explores the properties and valorisation potential of oxidized lignin (oxlignin) extracted from oxygen-stage wash liquors. Experimental results demonstrate that lignin removal during oxygen delignification is driven by a combination of rapid early-stage oxidative reactions and diffusion-controlled leaching. High oxygen pressure and sufficient alkalinity promote lignin depolymerization and oxidation, improving selectivity, while insufficient chemical conditions lead to lignin redeposition and cellulose degradation. Upstream factors such as brownstock washing efficiency and storage conditions significantly influenced lignin leaching and pulp quality, highlighting the importance of integrated process control. Oxlignin, isolated from industrial filtrates, differed markedly from conventional kraft lignin, exhibiting higher carboxylic acid content, improved water solubility, and a narrower molecular weight distribution. These properties suggest potential applications as dispersants or additives in biopolymer formulations. Ultrafiltration proved to be a viable approach for fractionating oxlignin. By connecting process optimization with resource valorisation, this work contributes to more sustainable kraft pulp production and supports the development of new lignin-based value streams in future biorefineries.

Syrgasdelignifiering är ett viktigt steg i modern sulfatmassaproduktion och möjliggör en betydande minskning av klorbaserade blekkemikalier och miljöutsläpp samtidigt som fiberkvaliteten bibehålls. Trots att processen är väl etablerad finns begränsningar i effektivitet och selektivitet, vilka påverkas av både kemiska reaktioner och masstransportfenomen. Denna avhandling undersöker samspelet mellan dessa faktorer samt utforskar egenskaperna och värdepotentialen hos oxiderat lignin (oxlignin) som extraherats från tvättvätskor i syrgassteget. Studierna visar att ligninavlägsnandet styrs av en kombination av oxidativa reaktioner och diffusionsbegränsningar. Faktorer uppströms, såsom massatvätt och lagringsförhållanden, påverkar lakning av lignin och massakvalitet, vilket understryker vikten av integrerad processkontroll. Oxlignin, isolerat från industriella tvättvätskor, uppvisade tydliga skillnader jämfört med konventionella svartlutslignin, högre halt av karboxylsyror, förbättrad vattenlöslighet och mer homogen molekylviktsfördelning. Dessa egenskaper innebär potential för användning som till exempel dispergeringsmedel. Ultrafiltrering visades vara en möjlig metod för fraktionering av oxlignin. Genom att koppla processoptimering till resursvärdering bidrar detta arbete till en mer hållbar massaproduktion och utveckling av nya värdeflöden i bioraffinaderier.