Отчет (промежуточный) Cоздание фундаментальных основ одностадийного «one-pot» каталитического способа превращения биомассы мискантуса в фурфурол и 5-гидроксиметилфурфурол - перспективные химические вещества для топливной промышленности

Объектом исследования является недревесное сырье мискантус Сибирский (Ми), основными компонентами которого являются лигнин, гемицеллюлоза и целлюлоза, с со-держанием 20%, 28% и 49%, соответственно. Гемицеллюлозы в мискантусе представлены в основном полисахаридами ксилозы (до 19%). Предобработку биомассы мискантуса с целью выделения целлюлозы и гемицеллюлоз осуществляли окислительной делигнифи-кацией в присутствии пероксида водорода и уксусной кислоты в оптимальных условиях: 100 °С, гидромодуль – 1/26, концентрация H2O2 и CH3COOH – 6 и 25 мас.%. Наработаны образцы целлюлозы ДМи-(0/10/20/30) из механически активированных субстратов при 10, 20 и 30 мин, выход целлюлозного продукта находился в диапазоне 42-45% с содержанием целлюлоз 78-89%. При 10 мин обработке получен образец целлюлозы с наименьшим со-держанием остаточного лигнина. Полученные образцы целлюлозы ДМи-(0/10/20/30) были исследованы физико-химическими методами анализа. Варочные растворы после делиг-нификации исследованы методом ВЭЖХ. Выход моносахаридов гемицеллюлоз составил 20 мас.%. Исследование гидролиза-дегидратации образцов полученной целлюлозы ДМи-(0/10/20/30) и модельного субстрата микрокристаллической целлюлозы проводили на ка-тализаторах: диоксида циркония ZrO2-СВЧ, углеродном катализатореS-4-N-32 и на реа-генте фосфат железа FePO4•2H2O. Процесс гидролиза-дегидратации осуществлялся в автоклаве высокого давления в гидротермальных условиях в Ar (190 °С, 1000 об/мин, [cубстрата] – 10 г/л, [к-р] – 0,625 г/л). Наибольшей эффективностью обладал катализатор ZrO2-СВЧ-9, выход 5-ГМФ соста-вил 17мол.% в процессе гидролиза-дегидратации модельного субстрата микрокристалли-ческой целлюлозы. Гидролиз-дегидратация субстрата целлюлозы ДМи-10 с образованием 5-ГМФ на катализаторе FePO4 протекал с выходом 5-ГМФ 5 мас.%. Невысокий выход це-левого продукта связан с примесью остаточного лигнина в ДМи-10, а также высокой кри-сталличностью данного субстрата. Проведенная дополнительная механическая активация целлюлозы ДОМи-10 и отбелка (уменьшение содержания лигнина) оказали положитель-ное влияние на выход 5-ГМФ и глюкозы: 7 мас.% и 18 мас.%, соответственно. Проведены испытания FePO4 в двухфазной среде в смесях вода-метилизобутилкетон, вода-тетрагидрофуран, вода-изобутанол. Полученные данные пока-зали, что выход 5-ГМФ составил 10 мас.% при проведении экспериментов в системе во-да-тетрагидрофуран. Следует отметить возрастание выхода 5-ГМФ в условиях вода-тетрагидрофуран до 13 мас.% при рН = 5,9.