Физико-химические основы новых экологически безопасных и ресурсосберегающих методов направленной трансформации возобновляемых растительных полимеров (целлюлозы, лигнина, гемицеллюлоз) в востребованные функциональные полимеры, нанокомпозитные материалы и ценные химические продукты

Целью выполняемых в 2022 году исследований являлось создание физико-химических основ новых экологически безопасных и ресурсосберегающих методов направленной трансформации возобновляемых растительных полимеров в востребованные химические продукты. Установлены кинетические закономерности и осуществлена экспериментальная и математическая оптимизации экологически безопасного процесса пероксидной делигнификации древесины пихты, из которой выделен этаноллигнин, в интервале температур 70-100 °С в присутствии растворенного катализатора H2MoO4. В оптимальных условиях процесса получен целлюлозный продукт (выход 68,7 мас.%) с высоким содержанием целлюлозы (91,2 мас.%) и низким содержанием остаточного лигнина (0,8 мас.%), степенью полимеризации 240 и индексом кристалличности 0,72. Впервые предложено использовать метод пероксидной делигнификации древесины сосны в среде «уксусная кислота – вода» в присутствии катализатора (NH4)6Mo7O24 для выделения полисахаридов галактоглюкоманнана (ГГМ) и глюкоксилана (выходы 58,1 и 24,5 мас.% от содержания гемицеллюлоз в древесине, соответственно). Показана возможность одновременного извлечения биологически активных дигидрокверцетина (ДКВ) и арабиногалактана (АГ) путем экстракции мехактивированной древесины лиственницы 5–25 % водными растворами этанола. Установлено, что обессмоливание коры кедра позволяет увеличить выход проантоцианидинов при экстракции этилацетатом примерно в 2 раза до 1,04 % (вес.). Разработан новый «зелёный» способ получения биологически активного 3-ацетата-28-сукцината бетулина, основанный на этерификации 3-ацетата бетулина путём сплавления с янтарной кислотой. Предложено осуществлять синтез сульфата бетулина с использованием сульфата аммония в присутствии твердого катализатора Amberlyst 15®, который повышает выход серу-содержащих производных бетулина. Предложен новый метод каталитического сульфатирования арабиногалактана сульфаматом аммония в присутствии активатора KMnO4. Проведена экспериментальная и численная оптимизация нового экологически безопасного процесса сульфатирования галактоглюкоманнана смесью сульфаминовой кислоты и мочевины в среде нетоксичного растворителя ДМСО и установлены условия сульфатирования, позволяющие достичь высокого содержания серы в сульфатах галактоглюкоманнана. Для получения водорастворимой полифункциональной целлюлозы содержащей как катионные и анионные функциональные группы мы использовать процесс сульфатирования диэтиламиноэтил целлюлозы хлорсульфоновой кислотой в 1,4-диоксане. Показана возможность использования гидролизного лигнина модифицированного щелочной и окислительной обработкой в качестве связующих при получении древесных композитов. Предложен новый способ утилизации отходов гидролизного лигнина, основанный на его модифицировании хлоридами цинка и железа и последующей карбонизацией при 800 °С. Полученные пористые композиционные материалы имеют перспективы использования в качестве магнитных катализаторов, сорбентов и при создании суперконденсаторов. Установлено влияние температуры и скорости нагрева при карбонизации коры кедра на структуру и сорбционные свойства пористых материалов, полу¬чаемых термощелочной активацией карбонизатов коры кедра. Полученные пористые углеродные материалы по своим сорбционным свойствам превышают коммерческий активированный уголь медицинского назначения. Разработаны новые методы синтеза пористых органических и углеродных гелей на основе таннинов коры лиственницы и целлюлозы древесины сосны с использованием формальдегида и фурфурилового спирта в качестве сшивающих агентов. Полученные гели, имеют перспективы использования в качестве сорбентов, носителей катализаторов, теплоизоляторов и материалов для конденсаторов.