Красноярские ученые разработали безопасный для окружающей среды метод переработки древесины березы в наноцеллюлозу и другие ценные химические продукты.

Для этого они объединили два известных ранее нетоксичных и простых химических процесса. Полученные продукты могут использоваться в медицине, ветеринарии, косметической и пищевой промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале Wood Science and Technology.

Древесина содержит большое количество ценных химических веществ, например, целлюлозу, лигнин, ксилоолигосахариды. Поэтому древесные отходы, такие как опилки, могут перерабатываться и использоваться в медицине, косметологии, пищевой промышленности и других областях. Однако для этого необходимо разработать и подобрать эффективные, но при этом нетоксичные методы превращения древесины в полезные компоненты.

Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и СФУ научились перерабатывать древесину березы в наноцеллюлозу, ксилозу и адсорбенты экологически безопасным методом. Для этого они разработали единый технологический цикл, объединяющий разные безвредные способы переработки.

Обычно для приготовления целлюлоз используются токсичные серо- и хлорсодержащие компоненты, наносящие вред окружающей среде. Специалисты предложили впервые объединить экологически безопасные процессы гетерогенного каталитического гидролиза и перекисной делигнификации, в которых используются нетоксичные реагенты — перекись водорода, вода и органические кислоты. В результате ученые получили из опилок березы микрокристаллическую, микрофибриллированную и нанокристаллическую целлюлозы, а также ксилозу и адсорбенты с поглощающей активностью в два раза выше, чем у коммерческих аналогов.

Для того, чтобы реакция прошла успешно и наиболее эффективно, исследователи определили оптимальные условия ее проведения: температуру, время, необходимые реагенты и их концентрацию. Например, одним из важных решений было использовать вместо токсичных минеральных кислот — твердые кислотные катализаторы диоксид циркония и оксид титана. Это позволило не только повысить безопасность проводимых реакций, но и увеличить число получаемых продуктов, сообщает  Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук».

«Наноцеллюлозные материалы, благодаря своим уникальным свойствам, очень востребованы для производства аэрогелей, биокомпозитов, биоразлагаемых материалов, медицинских имплантатов и армированных композитов на полимерной основе, пленок и покрытий. Мы предложили новый подход к получению этих ценных химических продуктов, а также ксилозы, лигнина и энтеросорбентов из древесины березы. В этом подходе мы объединили процессы гетерогенно-каталитического гидролиза и пероксидной делигнификации. Использование твердых кислотных катализаторов вместо минеральных кислот позволяет повысить экологическую безопасность процесса и предотвратить коррозионное воздействие на аппаратуру и, следовательно, уменьшить финансовые затраты. К тому же разработанный метод производства целлюлозных продуктов основан на использовании нетоксичных органических и водно-органических растворителей. Полученные продукты биопереработки могут быть использованы в пищевой и химической промышленности, медицине, ветеринарии, при синтезе новых биополимеров и композитов», — рассказал доктор химических наук, профессор заведующий лабораторией химии природного органического сырья Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН Борис Кузнецов.