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 2018 год)

Сопоставлена активность растворенных (NH₄)₆Mo₇O₂₄, MnSO₄, ZnSO₄, CuSO₄, FeSO₄) и твердых (TiO₂, цеолиты C-FeZSM-5 и КН-30) катализаторов в процессе пероксидной делигнификации древесины лиственницы в среде уксусная кислота - вода при температуре процесса 90°С. Установлено, что наиболее высокой эффективностью обладают растворенные катализаторы (NH₄)₆Mo₇O₂₄ и MnSO₄.Изучена кинетика процесса пероксидного фракционирования древесины лиственницы без использования катализатора и в присутствии растворенных катализаторов (NH₄)₆Mo₇O₂₄ и MnSO₄ в интервале температур 70 - 100°С. Установлено, что исследуемые процессы удовлетворительно описываются уравнением реакции первого порядка. Катализаторы снижают энергию активации со 106 до 83 - 88 кДж/моль по сравнению с некаталитическим процессом. Согласно данным ИК-спектроскопии и рентгено-фазового анализа, полученные целлюлозные продукты древесины лиственницы имеют структуру, аналогичную структуре микрокристаллической целлюлозы. Показано, что растворимые продукты, полученные при пероксидном фракционировании древесины лиственницы в присутствии растворенных катализаторов, представлены гемицеллюлозами, а также одно- и двухосновными карбоновыми кислотами (уксусной, молочной, янтарной, глутаровой, фумаровой), левулиновой кислотой, ванилином, гидроксибензойной кислотой. Осуществлен подбор эффективных катализаторов для процесса кислотного гидролиза арабиногалактана лиственницы в моносахара L-арабиноза и D-галактоза, широко применяемые в фармакологии и медицине. Впервые установлено, что константы скорости образования моносахаров увеличиваются в ряду катализаторов: Сибунит-4 (150°C) < SBA-15 (150°C) < Amberlyst-15 (150°C) < 0,1М H₂SO₄ (130°C) < 0,1MHCl (130°C). Значения энергии активации каталитических реакций образования арабинозы (65 - 91 кДж/моль) ниже, чем галактозы (112 - 140 кДж/моль). Экспериментальными и расчетными методами определены оптимальные параметры процесса гидролиза в присутствии твердого кислотного катализатора SBA-15, при которых достигается 100%-ная конверсия арабиногалактана в арабинозу и галактозу. Исследовано влияние температуры процесса термической конверсии древесины лиственницы в среде до- и суперкритического этанола и катализатора 3% Ru на окисленном углеродном носителе Сибунит на выход и состав жидких, твердых и газообразных продуктов. В отсутствие катализатора максимальные величины конверсии древесины лиственницы (47 мас.%) и выхода жидких продуктов (44 мас.%) достигаются при температуре 250°C. В присутствии рутениевого катализатора конверсия древесины возрастает до 62 мас.%, а выход жидких этанолрастворимых продуктов - до 52 мас.%. По данным хромато-масс-спектрометрии растворимые в этаноле продукты некаталитической конверсии древесины представлены в основном метоксифенолами, этиловыми эфирами гидрокси- и оксикислот и производными фурфурола. Рутениевый катализатор увеличивает относительное содержание в жидких продуктах мономерных метоксифенолов в 2 раза, в том числе 2-метокси-4-пропилфенола в 6,4 раза и 2-метокси-4-(1-пропенил)фенола в 2,6 раза по сравнению с некаталитическим процессом. Максимальная конверсия (около 75 мас.%) древесины лиственницы достигнута в процессе гидрирования муравьиной кислотой в среде сверхкритического этанола при 250°С. По данным хромато-масс-спектрометрии растворимые в этаноле продукты представлены в основном метоксифенолами, этиловыми эфирами гидрокси- и оксикислот и производными фурфурола. В этих условиях рутениевый катализатор не оказывает заметного влияния на выход жидких продуктов из древесины, но увеличивает суммарный выход метоксифенолов с 51,0 до 73,1 отн.% в гидрировании водородом и с 45,7 до 63,8 отн.% в гидрировании муравьиной кислотой. В процессе гидрирования древесины водородом катализатор увеличивает содержание 4-пропилгваякола с 1,0 до 32,5 отн.%, а при использовании в качестве гидрирующего агента муравьиной кислоты катализатор увеличивает содержание 2-метокси-4-(1-пропенил)фенол с 12,0 до 33,4 отн.% и 2-метокси-4-пропилфенол с 0,8 до 16,0 отн.%.