Ученые Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» разработали новый метод получения микрофибриллированной целлюлозы, необходимой при производстве биоразлагаемых материалов, медицинских имплантов и аэрогелей. Предложенный способ является менее энергозатратным и более экологически безопасным, по сравнению с традиционными технологиями, за счет одностадийного процесса выработки высококачественной целлюлозы.

Результаты исследования опубликованы в журнале «Химия растительного сырья».

При заготовке и обработке древесины образуется огромное количество отходов в виде опилок и стружки, которые требуют утилизации. Перспективным направлением использования древесных отходов является их химическая переработка в целлюлозу и новые функциональные материалы, в том числе, в микрофибриллированную целлюлозу. В последние годы интерес к такой целлюлозе заметно возрос.

Благодаря своим уникальным свойствам — легкости, высокой пористости, нетоксичности, биосовместимости и биоразлагаемости, целлюлоза востребована в производстве аэрогелей, биокомпозитов, биоразлагаемых материалов, медицинских имплантов, создании композиционных армированных материалов на основе полимеров.

Традиционно целлюлозу получают путем продолжительного механического измельчения раствора волокон целлюлозы с использованием гомогенизаторов высокого давления, что приводит к однородному состоянию целлюлозы. Затем с помощью шлифовальных машин и автоклавов получается готовый продукт. Растущий спрос на микрофибриллированный продукт сдерживается из-за основной нерешенной проблемы — высоких энергетических затрат при его получении.

Красноярские химики разработали новый экономичный и более экологичный метод получения целлюлозы, который включает четыре основных стадии: удаление лигнина из древесной щепы в среде «уксусная кислота — вода» в присутствии сернокислотного катализатора, кислотный гидролиз, ультразвуковая обработка и лиофильная сушка целлюлозы.

«Ключевым моментом в получении микроцеллюлозы из древесины является процесс ее делигнификации, то есть удаления лигнина из древесины. Традиционные методы используют опасные серо- и хлорсодержащие делигнифицирующие реагенты, повышенное давление и большой расход воды. Мы предлагаем новый метод получения целлюлозы с использованием таких «зеленых» окислителей, как пероксид водорода и кислород», — подчеркнула один из авторов исследования Ольга Яценкова, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии Красноярского научного центра СО РАН.

В дальнейшем ученые планируют интегрировать процесс делигнификации древесины с процессом предварительной предобработки исходного сырья с целью выделения геммицеллюлоз для максимального использования ценных химических продуктов из древесной биомассы. Также ученые планируют на стадии гидролиза целлюлозы вместо коррозийно-активной серной кислоты использовать экологически безопасные твердые кислотные катализаторы, которые могут использоваться повторно.

Пресс-служба КНЦ СО РАН