Российские и французские ученые придумали новый метод синтеза микрофибриллированной и нанокристаллической целлюлозы и ванилина из древесины лиственницы. В новом способе производство идет в одну стадию, а значит, более экономично и экологично по сравнению с традиционными подходами.

Результаты работы представлены в статье журнала Catalysis Today.

Лиственница и сосна — породы деревьев, которые широко распространены в лесах по всему миру. У лиственничной древесины высокая плотность, к тому же она содержит много экстрактов, а древесина сосны — много смол. Эти особенности усложняют использование этих материалов в целлюлозно-бумажной промышленности. Самый перспективный способ переработки биомассы этих хвойных пород — производство различных химических веществ.

Биомасса древесины в основном состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Эти растительные полимеры содержатся в клетках растений, где расположены определенным образом. Такая смесь соединений устойчива ко многим химическим реагентам, поэтому при производстве целлюлозы на фабриках используют химически агрессивные и опасные для окружающей среды соединения, повышенную температуру и давление.

Исследователи из Института химии и химической технологии КНЦ СО РАН вместе с иностранными коллегами смогли улучшить процесс каталитического окисления мягкой древесины. Для этого они использовали экологически безопасные окислители.

Авторы придумали два метода синтеза. Первый основан на окислении пероксидом водорода и позволяет получить микрокристаллические, микрофибриллированные, нанокристаллические целлюлозы, а также моносахара и смеси алифатических и ароматических кислот. Второй вариант связан с окислением древесины лиственницы кислородом в присутствии гидроксида меди, который играет роль катализатора. Такой метод позволяет получать ванилин и целлюлозу.

Эти продукты могут быть востребованы во многих областях, в том числе в пищевой, фармацевтической, химической промышленностях.

Альтернативные методы переработки древесины позволяют диверсифицировать получение ценных соединений с учетом нынешних потребностей рынка. Для сравнения, из одной тонны древесины можно получить почти 400 килограмм как обычной, так и микрокристаллической целлюлозы, 200 килограмм арабиногалактана, 50 килограмм ванилина, 40 килограмм наноцеллюлозы. При этом цена конечных продуктов сильно различается.

Например, килограмм наноцеллюлозы стоит порядка 150 долларов, килограмм ванилина — 12 долларов, а килограмм обычной целлюлозы — всего один доллар. В целом стоимость продуктов, которые можно получить из одной тонны лиственницы, комбинируя разные методы, может превышать пять-семь тысяч долларов.