ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ БИОМАССЫ ДРЕВЕСИНЫ БЕРЕЗЫ НА МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКУЮ ЦЕЛЛЮЛОЗУ, КСИЛОЗУ И ЭНТЕРОСОРБЕНТЫ

УДК 676.1.022.6.001.5

  • Борис Николаевич Кузнецов Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН Email: bnk@icct.ru
  • Наталья Викторовна Гарынцева Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН Email: garyntseva@icct.ru
  • Ирина Геннадьевна Судакова Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН Email: sudakova_irina@mail.ru
  • Андрей Михайлович Скрипников Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет Email: and-skripnikov@yandex.ru
  • Андрей Владимирович Пестунов Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН Email: gamlet115@gmail.com
DOI_disc_logo https://doi.org/10.14258/jcprm.20210410504
Ключевые слова: древесина березы, гидролиз, пероксидная делигнификация, катализаторы, Amberlyst 15, TiO2, микрокристаллическая целлюлоза, ксилоза, энтеросорбенты

Аннотация

Впервые предложено осуществлять фракционирование основных компонентов древесины березы на микрокристаллическую целлюлозу, ксилозу и энтеросорбенты путем интеграции гетерогенно-каталитических процессов кислотного гидролиза и пероксидной делигнификации древесной биомассы. Гидролиз гемицеллюлоз древесины в ксилозу проводится при температуре 150 °С в присутствии твердого кислотного катализатора Amberlyst® 15. Затем лигноцеллюлозный продукт гидролиза древесины подвергается пероксидной делигнификации в среде «муравьиная кислота – вода» в присутствии твердого катализатора TiO2 с получением микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) и растворимого органосольвентного лигнина. В установленных оптимальных условиях процесса (100 °С, Н2О2 – 7,2 мас.%, НСООН – 37,8 мас.%, гидромодуль 15, продолжительность 4 ч) выход МКЦ достигает 64,5 мас.% и органосольвентного лигнина 11,5 мас.% от массы предгидролизованной древесины. Путем обработки органосольвентного лигнина раствором 0,4% NaHCO3 или горячей водой получены энтеросорбенты, сорбционная способность которых по метиленовому синему (97,7 мг/г) и желатину (236,7 мг/г)  значительно выше, чем коммерческого энтеросорбента «Полифепан» (44 мг/г и 115 мг/г соответственно). Продукты каталитического фракционирования древесины березы охарактеризованы физико-химическими (ИКС, РФА, СЭМ, ГХ) и химическими методами.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Metrics

Загрузка метрик ...

Биографии авторов

Борис Николаевич Кузнецов, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН

заведующий лабораторией «Химия природного органического сырья», доктор химических наук, профессор

Наталья Викторовна Гарынцева, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН

научный сотрудник, кандидат химических наук

Ирина Геннадьевна Судакова, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН

старший научный сотрудник, кандидат технических наук

Андрей Михайлович Скрипников, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет

младший научный сотрудник, ассистент

Андрей Владимирович Пестунов, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН

аспирант

Литература

Cherubini F. Energy Conversion and Management, 2010, vol. 51, pp. 1412–1421. DOI: 10.1016/j.enconman.2010.01.015.

Bajpai P. Biorefinery in the pulp and paper industry. Elsevier, 2013, 114 p. DOI: 10.1016/C2012-0-06724-5.

Environmentally Friendly Technologies for the Pulp and Paper Industry. Ed. Raymond A. Young and Masood Akhtar. John Wiley&Sons, Inc. 1998. 577 p.

Ferrer A., Vega A., Rodriguez A., Ligero P., Jimenez L. Bioresource Technology, 2011, vol. 102, pp. 9755–9762.

Garyntseva N.V., Sudakova I.G., Chudina A.I., Malyar Yu.N., Kuznetsov B.N. J. Sib. Fed. Univ. Chem., 2019, vol. 12, no. 4, pp. 522–535. DOI: 10.17516/1998-2836-0148. (in Russ.).

Kuznetsov B.N., Malyar Yu.N., Kuznetsova S.A., Grishechko L.I., Kazachenko A.S., Levdansky A.V., Pestunov A.V., Boyandin A.N., Celzard A. J. Sib. Fed. Univ. Chem., 2016, vol. 9, no. 4, pp. 454–482. DOI: 10.17516/1998-2836-2016-9-4-454-482. (in Russ.).

Liu X., Feng Sh., Fang Q., Jiang Zh., Hu Ch. Molecular Catalysis, 2020, vol. 495. 111164. DOI: 10.1016/j.mcat.2020.111164.

Kazachenko A.S., Baryshnikov S.V., Chudina A.I., Malyar YU.N., Sychev V.V., Taran O.P., D'yakovich L., Kuznetsov B.N. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2019, no. 2, pp. 15–26. DOI: 10.14258/jcprm.2019025108. (in Russ.).

Dussan K., Girisuta B., Haverty D., Leahya J.J., Hayes M.H.B. Carbohydrate Polymers, 2014, vol. 111, pp. 374–384. DOI: 10.1016/j.carbpol.2014.04.039.

Ma R., Xu Y., Zhang X. ChemSusChem, 2015, vol. 8, pp. 24–51. DOI: 10.1002/cssc.201402503.

Ramadoss G., Muthukumar K. Chem. Eng. J., 2015, vol. 260, pp. 178–187. DOI: 10.1016/j.cej.2014.08.006.

Kuznetsov B.N., Sudakova I.G., Garyntseva N.V., Levdansky V.A., Ivanchenko N.M., Pestunov A.V., Djakovitch L., Pinel C. Wood Science and Technology, 2018, vol. 52, pp. 1377–1394. DOI: 10.1007/s00226-018-1029-7.

Borrega M., Nieminen K., Sixta H. BioResources, 2011, vol. 6, no. 2, pp. 1890–1903.

Sjöström E., Alern R. Analytical Methods of Wood Chemistry. Pulping and Papermaking, Springer-Verlag, 1999. 318 p.

Vilcocq L., Castilho P., Carvalheiro F., Duarte L. ChemSusChem., 2014, vol. 7, Pp. 1010–1019. DOI: 10.1002/cssc.201300720.

Hu L., Lin L., Wu Z., Zhou S., Liu S. Applied Catalysis B: Environmental, 2015, vol. 174–175, pp. 225–243.

Sudakova I.G., Garyntseva N.V., Chudina A.I., Kuznetsov B.N. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2018, no. 4, pp. 63–71. DOI: 10.14258/jcprm.2018044079. (in Russ.).

Reshetnikov V.I. Pharmaceutical Chemistry Journal, 2003, vol. 37, no. 5, pp. 246–251.

Ruiz-Matute A.I., Hernandez-Hernandez O., Rodriguez-Sanchez S., Sanz M.L., Martinez-Castro I. J. Chromatogr. B., 2011, vol. 879, pp. 1226–1240. DOI: 10.1016/j.jchromb.2010.11.013.

Testova L., Vilonen K.M., Pynnönen H., Tenkanen M. Lenzinger Berichte, 2009, vol. 87, pp. 58–65.

Degirmenci V, Uner D, Cinlar B et al. Catalysis Letters, 2011, vol. 141, pp. 33–42. DOI: 10.1007/s10562-010-0466-1.

Wu C., Bing L., Li S., Yu D., Wang D. BioResources, 2016, vol. 11, no. 1, pp. 87–94. DOI: 10.15376/biores.11.1.87-94.

Nakajima K., Okamura M., Kondo, et al. Chem. Mater., 2009, vol. 21, pp. 186–193. DOI: 10.1021/cm801441c.

Kuznetsov B.N., Yatsenkova O.V., Chudina A.I., Skripnikov A.M., Kozlova S.A., Garyntseva N.V., Chesnokov N.V. J. Sib. Fed. Univ. Chem. 2014, vol. 7, no. 1, pp. 122–133. (in Russ.).

Yatsenkova O.V., Chudina A.I., Skripnikov A.M., Chesnokov N.V., Kuznetsov B.N. J. Sib. Fed. Univ. Chem., 2015, vol. 8, no. 2, pp. 211–221. DOI: 10.17516/1998-2836-2015-8-2-211-221. (in Russ.).

Kuznetsov B.N., Sudakova I.G., Garyntseva N.V., Tarabanko V.E., Yatsenkova O.V., Djakovitch L., Rataboul F. Catal-ysis Today, 2021, vol. 375, pp. 132–144. DOI: 10.1016/j.cattod.2020.05.044.

NIST/SEMATECH e-Handbook of Statistical Methods. URL: http://www.itl.nist.gov/div898/handbook/. DOI: 10.18434/M32189.

Pen R.Z. Planirovaniye eksperimenta v Statgraphics. [Planning an experiment in Statgraphics]. Krasnoyarsk, 2012, 270 p. (in Russ.).

Adel A.M., Abd El-Wahab Z.H., Ibrahim A.A., Al-Shemy M.T. Carbohydrate Polymers, 2001, vol. 83, no. 2, pp. 676–687. DOI: 10.1016/j.carbpol.2010.08.039.

Fan M., Dai D., Huang B. International Conference on Innovative Technologies (IN-TECH 2012), Rejeka, Croatia, 2012, pp. 45–68.

Nishiyama Y, Langan P, Chanzy H. J. Am. Chem. Soc., 2002, vol. 124, pp. 9074–9082. DOI: 10.1021/ja0257319.

Park S., Baker J.O., Himmel M.E., Parilla P.A., Jonson D.K. Biotechnol Biofuels., 2010, vol. 3. 10. DOI: 10.1186/1754-6834-3-10.

Garyntseva N.V., Sudakova I.G., Kuznetsov B.N. J. Sib. Fed. Univ. Chem., 2011, vol. 4, no. 2, pp. 121–126. (in Russ.).

Опубликован
2021-12-14
Как цитировать
1. Кузнецов Б. Н., Гарынцева Н. В., Судакова И. Г., Скрипников А. М., Пестунов А. В. ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ БИОМАССЫ ДРЕВЕСИНЫ БЕРЕЗЫ НА МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКУЮ ЦЕЛЛЮЛОЗУ, КСИЛОЗУ И ЭНТЕРОСОРБЕНТЫ // Химия растительного сырья, 2021. № 4. С. 105-118. URL: http://journal.asu.ru/cw/article/view/10504.
Выпуск
№ 4 (2021)
Раздел
Биополимеры растений

Copyright (c) 2021 Химия растительного сырья

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:

1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.

2. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.

3. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу.