КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ОРГАНИЧЕСКОГО СЫРЬЯ, ВКЛЮЧАЯ ДРЕВЕСНЫЕ ОТХОДЫ, С ПОЛУЧЕНИЕМ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, БИОТОТОПЛИВ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ВОСТРЕБОВАННЫХ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ, А ТАКЖЕ В МЕДИЦИНЕ, ПИЩЕВОЙ И ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ, ЭНЕРГЕТИКЕ И ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (промежуточный, за 2017 год)

С целью создания основ эффективного метода комплексной переработки основных компонентов биомассы сосны впервые изучены кинетические закономерности процесса пероксидной каталитической делигнификации древесины сосны, который позволяет обеспечить фракционирование древесной биомассы на целлюлозу и растворимые органические продукты, образующиеся при деполимеризации лигнина и гемицеллюлоз.Установлено, что в среде уксусная кислота – вода катализатор H2SO4 увеличивает скорость процесса делигнификации древесины сосны от 2,5 до 4,5 раз при невысоких температурах (70–90°С) и снижает энергию активации процесса с 127 кДж/моль (некаталитический процесс) до 90 кДж/моль.Выполнено физико-химическое исследование состава и строения твердых и растворимых продуктов процесса пероксидного фракционирования древесины сосны в среде уксусная кислота – вода в присутствии катализатора H2SO4 и без его использования. Методами ИКС и РФА установлено, что структура целлюлозного продукта, полученного в данных условиях, аналогична структуре микрокристаллической целлюлозы. Основными соединениями в составе растворимых продуктов пероксидного фракционирования древесины сосны являются ароматические соединения, гемицеллюлозы, органические кислоты и моносахара.Сопоставлена активность растворенных (H2SO4, HCl) и твердых кислотных катализаторов (ионообменной смолы Amberlyst–15, кислотномодифицированных SBA–15, Сибунит–4) в гидролизе гемицеллюлоз древесины сосны при температурах 100–150 °С. Установлено, что выход моносахаров снижается от 96 % мас. до 55 % мас. в ряду катализаторов: HCl (100 °C, 4 ч) > SBA–15 (150 °C, 3 ч) > Amberlyst–15 (150 °C, 3 ч) > H2SO4 (100 °C, 4 ч) > Сибунит–4 (150 °C, 4 ч) > без катализатора (150 °C, 4 ч). Гидролизаты с максимальным содержанием востребованной D–маннозы получены гидролизом древесины сосны в присутствии 2% мас. HCl при 100°C и Amberlyst–15 при 150°C (50 % и 45 % соответственно). Лигноцеллюлозный остаток гидролиза гемицеллюлоз древесины сосны, содержит до 55,5 % мас. целлюлозы и может быть использован для переработки в качественную целлюлозу или в биоэтанол. Разработан новый экологически безопасный способ получения биологически активных сульфатов ксилана, основанный на сульфатировании ксилана сульфаминовой кислотой в N,N-диметил формамиде (ДМФА) в присутствии основного катализатора – мочевины. Установлено, что степень замещения в полученных сульфатах ксилана составляет от 1,30 до 1,64 при сульфатировании в течение 1–2 ч. Состав полученных натриевых солей сульфатов ксилана подтвержден элементным анализом, а строение – методами ИКС и 13С ЯМР спектроскопии. Анализ 13C ЯМР спектров полученных сульфатов ксилана показал, что происходит частичное замещение гидроксильных групп при C2 и C3 углеродных атомах ксилопиранозных звеньев ксилана. Сульфаты ксилана обладают антикоагулянтной и гиполипидемической активностью и имеют перспективы использования для профилактики и лечения атеросклероза.С целью разработки эффективных методов конверсии лигнина древесины сосны в востребованные химические продукты установлены закономерности его термокаталитических превращений в среде суперкритического этанола и в водно-щелочной среде в присутствии кислорода.Установлено, что в процессе термоконверсии лигнина в суперкритическом этаноле максимальный выход жидких углеводородов достигается при температуре 300 °С. В присутствии катализаторов на основе боратсодержащего оксида алюминия ВА-20 и NiO2/ВА-20 увеличивается в 3,5 раза выход жидких углеводородов, выкипающих до 180 °С и увеличивается в 1,5 раза выход метоксифенолов по сравнению с некаталитическим процессом.В результате выполненного кинетического исследования установлено, что окисление лигнина сосны кислородом в водно-щелочной среде при 160 °С протекает в диффузионном режиме с образованием гидропероксидов, концентрация которых может достигать 11 % мол. в расчете на лигнин. Обнаруженный факт открывает новые возможности для поиска способов интенсификации массопереноса в изученной системе, поскольку концентрация гидропероксидов может значительно превышать растворимость кислорода в реакционной среде.Разрабатываемые новые процессы получения микрокристаллической целлюлозы, моносахаров, сульфатов гемицеллюлоз, ароматических альдегидов и жидких биотоплив будут использованы при создании основ комплексной переработки (биорефайнери) биомассы древесины сосны в востребованные продукты.