Ученые разработали технологию одностадийной переработки древесины в целлюлозу и ванилин

Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» вместе с коллегами из Сибирского федерального университета и Института исследований катализа и окружающей среды Лиона (Франция) разработали новые методы производства микрофибриллированной и нанокристаллической целлюлозы и ванилина из древесины лиственницы. Технология позволит сократить количество стадий и повысить экологическую безопасность производства продуктов из древесины по сравнению с традиционными подходами. Результаты исследования опубликованы в журнале Catalysis Today.

Красноярские химики совместно с иностранными коллегами оптимизировали процессы каталитического окисления мягкой древесины экологически безопасными окислителями двумя способами. Один из них основан на окислении пероксидом для получения микрокристаллических, микрофибриллированных, нанокристаллических целлюлоз, моносахаров и смеси алифатических и ароматических кислот. Другой путь основан на окислении древесины лиственницы кислородом в присутствии катализатора гидроксида меди для производства ванилина и целлюлозы. Полученная продукция востребована во многих областях, в том числе в пищевой, фармацевтической, химической промышленности, медицине, синтезе новых функциональных полимеров и нанокомпозитов.

«Предлагаемые новые процессы биопереработки хвойных пород имеют ряд преимуществ перед традиционными технологиями производства целлюлозы и гидролиза. Эти процессы обеспечивают комплексную переработку всех основных компонентов древесной биомассы для получения набора ценных химических продуктов. Стоимость получения целевых продуктов ванилина или наноцеллюлозы снижается, если одновременно получать дополнительные продукты с высокой добавленной стоимостью, например, биологически активный полимер дигидрокверцетин и полисахарид арабиногалактан – вещества, применяемые в медицине, фармацевтической и пищевой промышленности. Использование малотоксичных реагентов, а именно, воды, кислорода, перекиси водорода, уксусной кислоты и этанола в новых процессах биопереработки древесины снижает воздействие на окружающую среду», – рассказал доктор химических наук, заместитель директора по научной работе Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН Борис Кузнецов.

Наличие альтернативных схем переработки древесины лиственницы позволяют диверсифицировать продукцию ценных соединений с учетом текущих потребностей рынка. Для сравнения, из одной тонны древесины можно получить почти 400 кг как обычной, так и микрокристаллической целлюлозы, 200 кг арабиногалактана, 50 кг  ванилина, 40 кг наноцеллюлозы. При этом стоимость конечных продуктов сильно различается. Для примера один килограмм наноцеллюлозы стоит порядка 150 долларов, один килограмм ванилина – 12 долларов, а один килограмм обычной целлюлозы – лишь один доллар. В целом, стоимость продуктов, которые можно получить из одной тонны лиственницы, комбинируя различные методы, может превышать 5000 – 7000 долларов.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.