Глубокая переработка древесных отходов с получением востребованных химических продуктов – жидких биотовлив, сульфатированных полисахаридов и левулиновой кислоты

Получены гидротермальным методом иридий и палладий-иридиевые катализаторы на углеродных нанотрубках и носителе СМК-3. Исследовано влияние полученных катализаторов на выход и состав продуктов гидрирования древесины березы и сосны, полученных в сверхкритическом этаноле. Показано, что использование иридиевых и иридий-палладиевых катализаторов в процессе гидрирования древесины березы приводит к увеличению ее конверсии до 59,8 мас.%, выхода жидких продуктов до 58,0 мас. %, при одновременном снижении выхода твердых продуктов до 40,2 мас.% и газообразных продуктов 1,5 мас. %. Также в присутствии катализаторов в процессе гидрирования древесины березы идет увеличение выхода мономерных метоксифенолов до 47,8 мас.%. Установлено влияние иридиевых и иридий-палладиевых катализаторов в процессе гидрирования древесины сосны. Использование иридий-палладиевых катализаторов в процессе гидрирования древесины сосны приводит к увеличению ее конверсии на 8 мас.%, выхода жидких продуктов на 11 мас. %, при одновременном снижении выхода твердых продуктов на 8 мас.% и газообразных продуктов 3 мас. %. В присутствии катализаторов в процессе гидрирования древесины сосны идет увеличение выхода мономерных метоксифенолов до 22,0 мас.%. Установлено влияние ионно-обменных смол в качестве катализаторов процесса сульфатирования микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) древесины березы сульфаминовой кислотой на выход и состав получаемых сульфатов МКЦ. Показано, что не растворимые в воде сульфатированные продукты реакции с большим выходом образуются в присутствии анионитов, водорастворимые – в присутствии катионитов. Без использования катализаторов образуются лишь следы водорастворимого и около 80 % не растворимого в воде сульфата. Показано, что максимальная степень сульфатирования (2,74) сульфатированного продукта была получена с сильнокислотным катионитом КУ-2-8. Состав и строение полученых сульфатов МКЦ был исследован методами ИК-спектроскопии, рентгеновской диффракции, атомно-силовой микроскопии, термическим анализом, гель-проникающей хроматографией и элементным анализом. Проведена экспериментальная и численная оптимизация нового процесса сульфатирования ксилана березы смесью сульфаминовой кислоты и мочевины в среде пиридина и установлены условия сульфатирования, позволяющие достичь высокого содержания серы в сульфатах ксилана. Методом квантово-химического моделирования установлены наиболее энергетически выгодные конформации ксилана и его сульфатов с различной степенью замещения. Получены данные о спектроскопических и электронных характеристиках ксилана и его сульфатов с различной степенью замещения. В качестве твердого катализатора гидролиза целлюлозы изучен модифицированный окислением углеродный материал Сибунит-4. Гидролиз в воде при 180 °С в течении 6 ч. сопровождается образованием незначительных количеств таких продуктов как: левулиновая кислота (0.9 мас.%), уксусная кислота (0.8 мас.%), (5-ГМФ 0.4 мас.%), что говорит о неэффективности выбранной твердой кислоты в данных условия. Использование гамма-валеролактона в качестве со-растворителя (вода:ГВЛ – 4:1), позволило в разы увеличить выход мономерных продуктов таких как уксусная кислота (16.5 мас.%), левулиновая кислота (1.6 мас.%) и (5-ГМФ 3.5 мас.%).