КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ОРГАНИЧЕСКОГО СЫРЬЯ, ВКЛЮЧАЯ ДРЕВЕСНЫЕ ОТХОДЫ, С ПОЛУЧЕНИЕМ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, БИОТОПЛИВ 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)

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 раза 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. Выявлено, что структура целлюлозного продукта, полученного в указанных 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, кислотно модифицированных SBA-15, Сибунит-4) в гидролизе гемицеллюлоз древесины сосны при температурах 100 - 150°С. Показано, что выход моносахаров снижается от 96 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 биоэтанол. Разработан экологически безопасный способ получения биологически активных сульфатов ксилана, основанный на сульфатировании ксилана сульфаминовой кислотой в N,N-диметилформамиде в присутствии основного катализатора - мочевины. Установлено, что степень замещения в полученных сульфатах ксилана составляет 1,3 - 1,64 при сульфатировании в течение 1 - 2 ч. 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 выявлены закономерности его термокаталитических превращений в среде суперкритического этанола и водно-щелочной среде в присутствии кислорода. 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 в 3,5 раза увеличивается выход жидких углеводородов, выкипающих до 180°С и в 1,5 раза - выход метоксифенолов по сравнению с некаталитическим процессом. 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.