Создание фундаментальных основ интегрированных процессов глубокой переработки лигноцеллюлозной биомассы в востребованные химические продукты и функциональные материалы с новыми свойствами

Установлены кинетические закономерности процессов пероксидной делигнификации древесины пихты в среде разбавленной уксусной кислоты в присутствии растворенного катализатора H₂SO₄, а также древесины осины и березы в присутствии растворенного (H₂SO₄) и твердого (TiO₂) катализаторов. Экспериментальными и расчетными методами проведена оптимизация условий получения целлюлозного продукта с низким содержанием остаточного лигнина. Впервые изучена кинетика процесса пероксидной делигнификации древесины пихты в среде уксусной кислоты в присутствии катализатора H₂SO₄ в интервале температур 70 - 100°С. Проведена экспериментальная и математическая оптимизация процесса. Разработан экологически безопасный метод получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) из древесины осины, березы и пихты с выходом около 50% масс. и содержанием остаточного лигнина около 1% масс. Показана возможность использования в процессах гидролиза сахарозы и гемицеллюлоз древесины березы и арабиногалактана древесины лиственницы твердых кислотных катализаторов. Максимальную активность в реакции гидролиза сахарозы при 80°С и в гидролизе гемицеллюлоз березы при 150°С проявил катализатор сульфатированный ZrO₂. Установлено, что сухая мехобработка микрокристаллической целлюлозы в активаторе АГО-2 способствует ее аморфизации и увеличению реакционной способности и полноте протекания в реакции каталитического гидролиза, повышая степень конверсии целлюлозы и выход глюкозы. В водной среде при температуре гидролиза 150°С, продолжительности 12 ч степень конверсии МКЦ в присутствии твердых катализаторов снижалась в ряду: SBA-15 (80,1% масс.) > Nafion (21,5% масс.) > Сибунит (16 - 19% масс.) > без катализатора (4,2% масс.). Максимальный выход глюкозы составил 42% масс. в присутствии SBA-15. Разработаны новые экологически безопасные способы сульфатирования арабиногалактана (АГ) и МКЦ сульфаминовой кислотой в присутствии мочевины. Преимущество предложенных способов заключается в том, что они позволяют исключить использование таких агрессивных реагентов, как серный ангидрид, серная и хлорсульфоновая кислоты и повысить выход получаемых продуктов. Сульфаты АГ и МКЦ получены в виде аммонийной, натриевой и калиевой солей. Разработаны новые более экологически безопасные, чем известные, способы синтеза дисульфата бетулина и сульфата бетулиновой кислоты, основанные на сульфатировании тритерпеноидов хлорсульфоновой кислотой в N,N-диметилформамиде и 1,4-диоксане и сульфаминовой кислотой в присутствии мочевины в среде N,N-диметилформамида и 1,4-диоксана. Изучены закономерности процессов термопревращения механоактивированной древесины осины и органосольвентных лигнинов, выделенных из древесины осины (ацетонлигнин и этаноллигнин), в среде сверхкритических алифатических спиртов (этанола и бутанола) в присутствии твердых катализаторов.В процессе термической конверсии этаноллигнина в сверхкритическом этаноле в присутствии высококремнеземных цеолитных катализаторов максимальные конверсия и выход бензолрастворимой фракции жидких продуктов получены в присутствии цеолитного катализатора с силикатным модулем 30. Использование биметаллических катализаторов NiCu/SiO₂ в процессе термопревращения ацетонлигнина в среде сверхкритического бутанола способствует значительному увеличению относительного содержания сложных эфиров и существенному уменьшению относительного содержания фенолов в образующихся жидких продуктах.