В обзоре обсуждаются результаты последних исследований в перспективной области комплексной переработки лигноцеллюлозной биомассы – восстановительном каталитическом фракционировании (ВКФ). Рассмотрено влияние катализаторов, сокатализаторов, растворителей, используемых источников водорода, а также природы лигноцеллюлозного сырья на селективность получения мономерных продуктов из лигнина. В процессах ВКФ преимущественно применяются гетерогенные катализаторы, которые позволяют осуществлять восстановительную деполимеризацию лигнина с получением низкомолекулярных соединений при сохранении углеводных компонентов биомассы. Среди изученных катализаторов на основе металлов платиновой группы и переходных металлов, наиболее высокой активностью обладают катализаторы, содержащие Pd, Pt, Ru и Ni. Природа металла также влияет на состав образующихся продуктов. Так, рутениевые катализаторы позволяют получать 4-пропилгваякол в качестве основного продукта, а катализаторы на основе Ni и Pd – 4-пропанолгваякол. Mo-содержащие катализаторы, благодаря их меньшей гидрирующей активности, позволяют получить монолигнолы или их этерефицированные производные при сохранности углеводных компонентов лигноцеллюлозной биомассы. Однако наиболее эффективными в процессах ВКФ являются бифункциональные катализаторы, в которых присутствуют как кислотные, так и металлические активные центры. Кислотные центры способствуют разрыву эфирных β-O-4-связей, а металлические – восстановлению образующихся промежуточных соединений. Важным аспектом в выборе подходящих катализаторов для процесса ВКФ является возможность их многократного применения. Использование ферромагнитного катализатора или корзинки для катализатора позволяет решить задачу его отделения от продуктов процесса.
The review discusses the results of recent studies in the promising field of integrated processing of lignocellulosic biomass – the reductive catalytic fractionation (RCF). The effect of catalysts, cocatalysts, solvents, hydrogen sources and features of lignocellulosic feedstock on the selectivity of monomeric products formation from lignin is considered. RCF processes are performed mostly with the heterogeneous catalysts, which allow implementing the reductive depolymerization of lignin to obtain low-molecular compounds and preserve carbohydrate components of biomass. Among the studied catalysts based on platinum group metals and transition metals, the highest activity is observed for the catalysts containing Pd, Pt, Ru and Ni. Features of the metal also affect the composition of the resulting products. Thus, ruthenium catalysts make it possible to obtain 4-propylguaiacol as the main product, while Ni and Pd – 4-propanolguaiacol. Mo-containing catalysts, owing to their lower hydrogenating activity, can be used to obtain monolignols or their etherified derivatives with the preservation of carbohydrate components of lignocellulosic biomass. However, most efficient in RCF processes are the bifunctional catalysts, which have both the acidic and metallic active sites. Acidic sites promote the cleavage of the ether β-O-4 bonds, whereas metallic sites – the reduction of the formed intermediate compounds. An important aspect of choosing the appropriate catalysts for RCF process is the possibility of their repeated application. The use of a ferromagnetic catalyst or a catalyst basket allows separating the catalyst from the products.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.