Ученые создали «зеленую» технологию для получения из отходов лесопиления наноцеллюлоз, ванилина и других ценных химических продуктов. Для переработки древесины используются такие малотоксичные реагенты, как вода, кислород, перекись водорода, уксусная кислота и этанол. Использование этой технологии вместо традиционных позволит значительно снизить негативное влияние на окружающую среду.

Продукты, полученные при помощи новых методов, востребованы во многих областях, включая пищевую, фармацевтическую, химическую промышленность, медицину, синтез новых функциональных полимеров и нанокомпозитов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Catalysis Today.

При переработке древесины образуется огромное количество отходов: стружек, опилок и других непригодных к дальнейшему применению древесных остатков. Существующие промышленные процессы переработки древесных отходов с получением моносахаров, этанола, фурфурола проводятся при высоких температуре и давлении с использованием экологически опасных коррозионно-активных реагентов, причем лигнин остается в качестве неиспользуемого отхода.

Коллектив ученых ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» совместно с исследователем из Франции разработал экологически безопасные каталитические методы переработки древесины лиственницы с получением микрокристаллической, микрофибриллированной и нанокристаллической целлюлоз, ванилина, левулиновой кислоты и моносахаров. При этом используются нетоксичные реагенты: вода, пероксид водорода, кислород и уксусная кислота. Разработанные процессы позволяют расширить ассортимент продуктов, получаемых из древесины лиственницы, сокращают количество технологических стадий и повышают экологическую безопасность переработки древесины по сравнению с традиционными технологиями.

Образцы целлюлозы из древесины лиственницы, сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа

В основе методов – два основных процесса. При перекисном окислении древесины лиственницы в среде «вода – уксусная кислота» в присутствии соли молибдена в качестве катализатора получают микрокристаллическую, микрофибриллированную и нанокристаллическую целлюлозы, моносахара и смеси алифатических и ароматических кислот. При окислении древесины кислородом в водно-щелочной среде в присутствии катализатора гидроксида меди получают ванилин и целлюлозу, которую затем превращают в левулиновую кислоту путем кислотно-каталитического гидролиза.

«Используя разработанные процессы каталитического окисления древесины, можно осуществить комплексную переработку всех основных компонентов древесной биомассы в ценные химические продукты. При этом себестоимость получения целевых продуктов ванилина и наноцеллюлоз можно снизить, если одновременно выделять из древесины лиственницы биологически активные вещества с высокой добавленной стоимостью – дигидрокверцетин и арабиногалактан», — рассказал доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией химии природного органического сырья Института химии и химической технологии СО РАН Борис Кузнецов.

Ученый также отметил, что использование новых альтернативных способов глубокой переработки древесины позволит выпускать продукцию с учетом текущих потребностей рынка. Микрокристаллическая, микрофибриллированная и нанокристаллическая целлюлоза, ванилин, дигидрокверцетин, арабиногалактан, моносахара и органические кислоты, которые получаются новыми методами из древесины лиственницы, востребованы в медицине, химической, фармацевтической, пищевой, косметической и парфюмерной промышленности, при производстве сорбентов и композитных материалов.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (№ 16–13–10326).