Ученые Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» разработали новый метод получения микрофибриллированной целлюлозы, необходимой при производстве биоразлагаемых материалов, медицинских имплантов и аэрогелей.
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.
