Научные основы новых методов получения ценных химических продуктов, базирующихся на каталитическом фракционировании древесной биомассы

Объектом исследования являлись древесина березы, этаноллигнины лигнины и ценные продукты, полученные на их основе: микрофибриллированная и нанокристаллическая целлюлозы, сульфаты, аэрогели, ксилоза и энтеросорбенты. Цель проекта – создание новых подходов к высокотехнологичной переработке (биорефайнери) биомассы древесины березы с получением ценных химических продуктов: микрокристаллической, нанофибриллированной и нанокристаллической целлюлоз, фенольных соединений, С5 и С6 сахаров, пористых органических ксерогелей, энтеросорбентов и функциональных полимеров на основе лигнина. Впервые предложено осуществлять фракционирование древесины березы на микрокристаллическую целлюлозу,ксилозу, метоксифенолы, путем интеграции щелочно-кислотных обработок и гидрирования на бифункциональном катализаторе Ru/углерод. Впервые предложено осуществлять переработку основных компонентов биомассы древесины березы на ксилозу, микрокристаллическую целлюлозу и энтеросорбенты путем интеграции гетерогенно-каталитических процессов кислотного гидролиза и пероксидной делигнификации. Впервые предложено осуществлять фракционирование биомассы древесины березы на ксилан, ксилозу, левулиновую кислоту и энтеросорбенты путем интеграции процессов щелочного фракционирования биомассы на ксилан и лигноцеллюлозу, фракционирования лигноцеллюлозы в среде этанола на целлюлозу и этаноллигнин, каталитического гидролиза ксилана до ксилозы и целлюлозы до левулиновой кислоты, получения энтеросорбентов экстракционной обработкой этаноллигнина. Впервые предложено осуществлять переработку основных компонентов биомассы древесины березы в микрофибриллированную и нанокристаллическую целлюлозы, ксилозу и энтеросорбенты путем интеграции экологически безопасных гетерогенно-каталитических процессов кислотного гидролиза и пероксидной делигнификации. Методами 31Р-ЯМР, ГПХ, СЭМ и элементного анализа изучены состав и строение этанолигнинов хвойной (пихта, сосна) и лиственной (осина, береза) древесины и продуктов их каталитической теломеризации 1,3-бутадиеном. Впервые проведено сопоставление строения и свойств целлюлозных аэрогелей, полученных из целлюлоз древесины березы и хлопка в среде экологически безопасного растворителя – водного раствора полиэтиленгликоля и гидроксида натрия, а также продуктов их сульфатирования нетоксичным комплексом сульфаминовая кислота-мочевина. Продукты сульфатирования целлюлозных аэрогелей, в отличие от целлюлоз березы и хлопка, полностью растворимы в воде, причем их выход и степень замещения выше при использовании исходных целлюлоз. Изучены гидротермальные превращения выделенной из древесины березы, микрокристаллической целлюлозы, катализируемые твердыми катализаторами на основе Al2O3-B2O3 при температурах 180 и 215 °C. Активность этих катализаторов выше, чем катализаторов на основе сульфированного углерода с аналогичной концентрацией кислотных групп (в 2,5 раза быстрее скорость накопления глюкозы и в 4,4 раза быстрее скорость накопления 5-ГМФ).