Красноярские ученые СО РАН научились получать целлюлозу без вреда для экологии
Ученые Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» разработали новый метод получения микрофибриллированной целлюлозы, необходимой при производстве биоразлагаемых материалов, медицинских имплантов и аэрогелей.
Данный способ является не только менее энергозатратным, но и более безопасным для экологии, если сравнивать с традиционными технологиями. Достигается это за счёт одностадийного процесса выработки высококачественной целлюлозы. Результаты исследования опубликованы в журнале «Химия растительного сырья».
В результате заготовки и обработки древесины образуется огромное количество отходов - опилок и стружки. Данные отходы необходимо утилизировать, и перспективным направлением их использования является химическая переработка в целлюлозу и новые функциональные материалы, в том числе, в микрофибриллированную целлюлозу. Как отмечается, в последние годы интерес к такой целлюлозе заметно возрос. Она обладает уникальными свойствами - лёгкость, высокая пористоть высокой пористость, нетоксичность, биосовместимость и биоразлагаемости. Благодаря им целлюлоза востребована в производстве аэрогелей, биокомпозитов, биоразлагаемых материалов, медицинских имплантов, создании композиционных армированных материалов на основе полимеров.
Обычно целлюлозу получают путем продолжительного механического измельчения раствор волокон целлюлозы с использованием гомогенизаторов высокого давления, что приводит к однородному состоянию целлюлозы. После с помощью шлифовальных машин и автоклавов получается готовый продукт. Растущий спрос на микрофибриллированный продукт сдерживается из-за основной нерешенной проблемы — высоких энергетических затрат при его получении.
Однако красноярские химики разработали новый экономичный и более экологичный метод получения целлюлозы. Он включает в себя четыре основных стадии: удаление лигнина из древесной щепы в среде «уксусная кислота — вода» в присутствии сернокислотного катализатора, кислотный гидролиз, ультразвуковая обработка и лиофильная сушка целлюлозы.
Как подчеркнула один из авторов исследования Ольга Яценкова, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии Красноярского научного центра СО РАН, ключевым моментом в получении микроцеллюлозы из древесины является процесс ее делигнификации, то есть удаления лигнина из древесины. «Традиционные методы используют опасные серо- и хлорсодержащие делигнифицирующие реагенты, повышенное давление и большой расход воды. Мы предлагаем новый метод получения целлюлозы с использованием таких «зеленых» окислителей, как пероксид водорода и кислород», — отметила она.
В дальнейшем ученые планируют объединить процесс делигнификации древесины с процессом предварительной предобработки исходного сырья. Это необходимо выделения геммицеллюлоз для максимального использования ценных химических продуктов из древесной биомассы. Также ученые планируют на стадии гидролиза целлюлозы вместо коррозийно-активной серной кислоты использовать экологически безопасные твердые кислотные катализаторы, которые могут использоваться повторно.
Данный способ является не только менее энергозатратным, но и более безопасным для экологии, если сравнивать с традиционными технологиями. Достигается это за счёт одностадийного процесса выработки высококачественной целлюлозы. Результаты исследования опубликованы в журнале «Химия растительного сырья».
В результате заготовки и обработки древесины образуется огромное количество отходов - опилок и стружки. Данные отходы необходимо утилизировать, и перспективным направлением их использования является химическая переработка в целлюлозу и новые функциональные материалы, в том числе, в микрофибриллированную целлюлозу. Как отмечается, в последние годы интерес к такой целлюлозе заметно возрос. Она обладает уникальными свойствами - лёгкость, высокая пористоть высокой пористость, нетоксичность, биосовместимость и биоразлагаемости. Благодаря им целлюлоза востребована в производстве аэрогелей, биокомпозитов, биоразлагаемых материалов, медицинских имплантов, создании композиционных армированных материалов на основе полимеров.
Обычно целлюлозу получают путем продолжительного механического измельчения раствор волокон целлюлозы с использованием гомогенизаторов высокого давления, что приводит к однородному состоянию целлюлозы. После с помощью шлифовальных машин и автоклавов получается готовый продукт. Растущий спрос на микрофибриллированный продукт сдерживается из-за основной нерешенной проблемы — высоких энергетических затрат при его получении.
Однако красноярские химики разработали новый экономичный и более экологичный метод получения целлюлозы. Он включает в себя четыре основных стадии: удаление лигнина из древесной щепы в среде «уксусная кислота — вода» в присутствии сернокислотного катализатора, кислотный гидролиз, ультразвуковая обработка и лиофильная сушка целлюлозы.
Как подчеркнула один из авторов исследования Ольга Яценкова, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии Красноярского научного центра СО РАН, ключевым моментом в получении микроцеллюлозы из древесины является процесс ее делигнификации, то есть удаления лигнина из древесины. «Традиционные методы используют опасные серо- и хлорсодержащие делигнифицирующие реагенты, повышенное давление и большой расход воды. Мы предлагаем новый метод получения целлюлозы с использованием таких «зеленых» окислителей, как пероксид водорода и кислород», — отметила она.
В дальнейшем ученые планируют объединить процесс делигнификации древесины с процессом предварительной предобработки исходного сырья. Это необходимо выделения геммицеллюлоз для максимального использования ценных химических продуктов из древесной биомассы. Также ученые планируют на стадии гидролиза целлюлозы вместо коррозийно-активной серной кислоты использовать экологически безопасные твердые кислотные катализаторы, которые могут использоваться повторно.