Мультифункциональные нано-, био- и фотокаталитические системы для каскадной трансформации целлюлозосодержащей биомассы

В настоящее время активно развиваются технологии, способствующие сокращению использования в производственном цикле углеводородного сырья и общему сокращению объемов образования отходов, а также вовлечению в производство биоразлагаемых материалов. Одной из актуальных задач в области переработки растительной биомассы является поиск эффективных способов конверсии целлюлозного материала в устойчивые химические продукты и платформенные химикаты. Эффективная конверсия лигноцеллюлозной биомассы требует разработку вариантов каскадной каталитической трансформации гемицеллюлоз. Одним из решений каталитической переработки целлюлозосодержащего сырья является создание эффективных мультифункциональных нано-, био- и фотокатализаторов включающих i) активные центры переходных металлов, ii) кислотно-основные активные центры Бренстеда и Льюиса, iii) ферменты, iv) активные центры фоториформинга. Научная новизна проекта определяется тем, что впервые планируется создание мультифункциональных нано-, био- и фотокаталитических систем для каскадной трансформации целлюлозосодержащих отходов в продукты с повышенной добавочной стоимостью. Направленное нанесение и сочетание каталитически активных металлов (Pd, Ru, Co, Cu, Ni), ферментов (целлюлазы / глюкозооксидазы) и наночастиц графитоподобного нитрида углерода g-C3N4, на поверхность мезопористых носителей, содержащих кислотно-основные центры Бренстеда и Льюиса (оксиды кремния, алюминия, циркония и сульфомодифицированный сверхсшитый полистирол) должно обеспечивать их максимальную активность, стабильность в каскадных процессах. Впервые будут предложены условия мультиферментативных и хемоферментативных каскадных реакций, обеспечивающих интеграцию нескольких каталитических превращений (органических и ферментативных). В фотокаталитических экспериментах впервые предполагается изучение трансформации целлюлозы и глюкозы в аэробных и анаэробных процессах на фотокатализаторах g-C3N4/пористый носитель, в том числе с нанесенными каталитически активными металлами, под действием излучения видимого диапазона. Оценка каталитических свойств мультифункциональных нано-, био- и фотокатализаторов будет проведена в каскадных процессах переработки высокомолекулярных компонентов растительной биомассы (целлюлозы, гемицеллюлозы) до сахаров (глюкозы, фруктозы), левулиновой кислоты, глюконовой кислоты, гамма-валеролактона, фурфурилового спирта, 5-гидроксиметилфурфурола, которые, в свою очередь, являются родоначальниками «платформ», включающих целый ряд практически значимых соединений. Морфология, структура и состав полученных в рамках проекта мультифункциональных каталитических материалов будут изучены с применением современных физических и физико-химических методов анализа, используя оборудование, предоставляемое ЦКП «Национальный центр исследования катализаторов».