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.
Борис
Кузнецов, заведующий лабораторией ИХХТ.
«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 ФИЦ КНЦ СО РАН Борис Кузнецов.
ФОТО-3-3
Изображения
со сканирующего атомно-силового микроскопа.
Исследование
поддержано Российским научным фондом (№. 21–13-00250).
Источник: ФИЦ КНЦ СО РАН.