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

Основной целью выполненных в 2024 г. исследований являлось разработка новых экологически безопасных и ресурсосберегающих методов направленной химической и термохимической трансформации возобновляемой лигноцеллюлозной биомассы и химической модификации биологически активных производных бетулина с получением ценных продуктов, востребованных в химической, пищевой, фармацевтической промышленности, медицине, ветеринарии, энергетике, охране окружающей среды. Разработаны новые методы каталитического восстановительного фракционирования лигноцеллюлозной биомассы с получением востребованных продуктов. Гидротермальным способом впервые синтезированы иридий-палладиевые катализаторы на углеродных нанотрубках, позволяющие достичь в процессе гидрирования древесины сосны в среде этанола при 250 °С высокого выхода мономерных метоксифенолов (22 % от массы лигнина), обогащенных 4-пропилгваяколом, фурановых производных (16 % от массы полисахаридов) и целлюлозного продукта. Впервые получены катализаторы для процесса гидрирования отходов костры льна на основе наноразмерных частиц никеля образованных in-situ с использованием формиата никеля в качестве прекурсора. Полученные катализаторы позволяют осуществить восстановительное фракционирование биомассы костры льна до мономерных метоксифенолов, обогащенных 4-пропанолгваяколом и целлюлозного продукта. Установлена возможность использования лигнокислот – побочного продукта процесса каталитического окисления лигнинов до ванилина в качестве ростостимулирующего средства. Разработаны новые методы увеличения водорастворимости и биодоступности биологически активных производных бетулина. Предложены новые эффективные способы сульфатирования 3-пропионата бетулина и аллобетулина, основанные на использовании нетоксичного сульфатирующего агента - смеси сульфаминовой кислоты и мочевины в среде N, N-диметилформиамида. Сопоставлена эффективность способов сульфатирования полисахарида агарозы различными сульфатирующими агентами и показана возможность использования расплава смеси сульфаминовой кислоты и мочевины для синтеза сульфатированной агарозы с высоким содержанием серы (13,7 мас. %). Впервые для получения полимерных композиционных материалов предложено использовать полисахариды (целлюлозу, гемицеллюлозу), выделенные из древесины методом каталитической пероксидной делигнификации в среде «уксусная кислота-вода». Биоразрушаемые пленки на основе микрофибриллированной целлюлозы и древесных гемицеллюлоз имеют хорошие барьерные свойства в УФ-диапазоне, хорошую термическую устойчивость и пониженное влагопоглощение. Они могут использоваться в производстве гибкой упаковки и подложек, блокирующих УФ-излучение, а также для создания перевязочных материалов. Использование активированной целлюлозы березы в составе ксилан-альгинатной матрицы увеличивает прочность пленок (до 1,8 раза), повышает их барьерные свойства относительно паров воды и уменьшает их растворимость в воде. Для синтеза органических ксерогелей и твердых пен впервые предложено использовать таннины, выделенные из коры кедра и мехактивированной коры сосны. Полученные пористые органические материалы имеют перспективы использования в качестве теплоизоляционных материалов, адсорбентов, для получения пористых углеродных сорбентов и носителей катализаторов. Разработаны новые методы синтеза нанопористых углеродсодержащих материалов различного назначения из доступного и дешевого возобновляемого сырья – древесной коры. Сорбенты из коры сосны, активированной при оптимальных условиях взрывного автогидролиза превосходят промышленный энтеросорбент «Полифепан» из гидролизного лигнина по способности адсорбировать МС и желатин. Предложено получать микропористые и мезопористые сорбенты с высокой удельной поверхностью (до 1761 м2/г) и суммарным объемом пор (до 1,45 см3/г) путем термощелочной активации предварительно карбонизированной коры сосны и лиственницы. Сорбционная способность мезопористого сорбента из коры по йоду и метиленовому синему аналогична, а по сорбции витамина В12 в 1,5 раза выше, чем промышленного энтеросорбента из древесины березы УА-Н. По результатам выполненных исследований опубликовано 20 статей в журналах, индексируемых в WoS или Scopus, отправлена 1 заявка на получение патента и представлено 7 докладов на международных и российских конференциях. Поставленные задачи исследований на 2024 год полностью выполнены.