18.01.2023
Ученые разработали безопасный для окружающей среды метод переработки древесины
березы в наноцеллюлозу и другие ценные химические продукты. Для этого они объединили
два известных ранее нетоксичных и простых химических процесса. Полученные продукты
могут использоваться в медицине, ветеринарии, косметической и пищевой
промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале Wood Science and
Technology.
Древесина содержит большое количество ценных химических веществ, например,
целлюлозу, лигнин, ксилоолигосахариды. Поэтому древесные отходы, такие как опилки,
могут перерабатываться и использоваться в медицине, косметологии, пищевой
промышленности и других областях. Однако для этого необходимо разработать и
подобрать эффективные, но при этом нетоксичные методы превращения древесины в
полезные компоненты.
Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и СФУ научились перерабатывать
древесину березы в наноцеллюлозу, ксилозу и адсорбенты экологически безопасным
методом. Для этого они разработали единый технологический цикл, объединяющий
разные безвредные способы переработки.
Обычно для приготовления целлюлоз используются токсичные серо- и хлорсодержащие
компоненты, наносящие вред окружающей среде. Специалисты предложили впервые
объединить экологически безопасные процессы гетерогенного каталитического гидролиза
и перекисной делигнификации, в которых используются нетоксичные реагенты – перекись
водорода, вода и органические кислоты. В результате ученые получили из опилок березы
микрокристаллическую, микрофибриллированную и нанокристаллическую целлюлозы, а
также ксилозу и адсорбенты с поглощающей активностью в два раза выше, чем у
коммерческих аналогов.
Для того, чтобы реакция прошла успешно и наиболее эффективно, исследователи
определили оптимальные условия ее проведения: температуру, время, необходимые
реагенты и их концентрацию. Например, одним из важных решений было использовать
вместо токсичных минеральных кислот – твердые кислотные катализаторы диоксид
циркония и оксид титана. Это позволило не только повысить безопасность проводимых
реакций, но и увеличить число получаемых продуктов.
«Наноцеллюлозные материалы, благодаря своим уникальным свойствам, очень
востребованы для производства аэрогелей, биокомпозитов, биоразлагаемых материалов,
медицинских имплантатов и армированных композитов на полимерной основе, пленок и
покрытий. Мы предложили новый подход к получению этих ценных химических
продуктов, а также ксилозы, лигнина и энтеросорбентов из древесины березы. В этом
подходе мы объединили процессы гетерогенно-каталитического гидролиза и пероксидной
делигнификации. Использование твердых кислотных катализаторов вместо минеральных
кислот позволяет повысить экологическую безопасность процесса и предотвратить
коррозионное воздействие на аппаратуру и, следовательно, уменьшить финансовые
затраты. К тому же разработанный метод производства целлюлозных продуктов
основан на использовании нетоксичных органических и водно-органических
растворителей. Полученные продукты биопереработки могут быть использованы в
пищевой и химической промышленности, медицине, ветеринарии, при синтезе новых
биополимеров и композитов», — рассказал доктор химических наук, профессор,
заведующий лабораторией химии природного органического сырья Института химии и
химической технологии СО РАН Борис Кузнецов.
Исследование поддержано Российским научным фондом (№. 21–13-00250).
Федеральный исследовательский центр
«Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской Академии наук»
Нет комментариев