Оптимизация одностадийных процессов получения микрокристаллической целлюлозы пероксидной делигнификацией древесины в присутствии катализатора TiO2

Традиционный метод получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) из древесного сырья является многостадийным и основан на интеграции экологически опасных процессов варки и отбелки целлюлозы и кислотного гидролиза аморфной части целлюлозы. В работе описан усовершенствованный одностадийный каталитический метод получения микрокристаллической целлюлозы из хвойной и лиственной древесины, основанный на пероксидной делигнификации древесины в среде уксусная кислота – вода в мягких условиях (100 °С, атмосферное давление) в присутствии экологически безопасного твердого катализатора TiO2. Проведена экспериментальная и математическая оптимизация процессов получения МКЦ пероксидной каталитической делигнификацией различных видов древесины. Установлены следующие оптимальные режимы получения МКЦ с выходом 36,3–42,0 мас.% от абсолютно сухой древесины и содержанием остаточного лигнина ≤1,0 мас.%, гемицеллюлоз ≤6,0 мас.%: для осины – 5 мас.% Н2О2, 25 мас.% СН3СООН, гидромодуль = 10; для березы − 5 мас.% Н2О2, 25 мас.% СН3СООН, гидромодуль = 15; для пихты – 6 мас.% Н2О2, 30 мас.% СН3СООН, гидромодуль = 15; для лиственницы – 6 мас.% Н2О2, 30 мас.% СН3СООН, гидромодуль = 15.

1. Thoorens G., Krier F., Leclercq B., Carlin B., Evrard B. // International Journal of Pharmaceutics. 473 (2014) P. 64.

2. Ghanbarzadeh B., Oleyaei S.A., Almasi H. // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 55 (12) (2015) P. 1699.

3. Siro I., Plackett D. // Cellulose 17 (2010) P. 459.

4. Das K., Ray D., Bandyopadhyay N.R., Ghosh T., Mohanty A., Misra V. // Cellulose 16 (2009) P. 783.

5. Laka M., Chernyavskaya S. // BioResources. 2(3) (2007) P. 583.

6. Bochek A., Shevchuk I., Lavrent’ev V. // Russ J. Appl. Chem. 76(10) (2003) P. 1679.

7. Jahan, M. S., Saeed, A., He, Z., Ni, Y. // Cellulose 18 (2011) P. 451.

8. Johar, N., Ahmad, I., Dufresne, A. // Industrial Crops and Products 37 (2012) P. 93.

9. Chen Guo-Yin, Yu Hou-Yong, Zhang Cai-Hong, Zhou Ying, Yao Ju-Ming // Journal of Nanoparticle Research 18 (2016) P. 48.

10. Okwonna O.O. // Carbohydr. Polym. 89(1) (2013) P. 721.

11. Thoorens G., Krier F., Rozet E., Carlin B., Evrard B. // Int. J. Pharm 490 (1) (2015) P. 47.

12. Patent 5,366,742. USA. Published 1994.

13. Ohwoavworhua F.O., Adelakun T.A. // Indian Journal of Pharmaceutical Sciences 72(3) (2010) P. 295.

14. Balaxi M., Nikolakakis I., Kachrimanis K., Malamataris S. // J. Pharm. Sci. 98(2) (2009) P. 676.

15. Trache D., Hussin M.H., Chuin C.T., Sabar S., Fazita M.R. // International Journal of Biological Macromolecules 93 (2016 ) P. 789.

16. Ummartyotin S., Manuspiya H. // Renew. Sustain. Energy Rev. 41 (2015 ) P. 402.

17. John C.F. Walker Primary Wood Processing: Principles and Practice (book) (2006) Springer, printed in the Nitherland — 595 p.

18. Bajpai P. Enviranmaetally being approaches for pulp bleaching (book). (2005) — 277 P.

19. Popova N.R., Tortseva T.V., Bogolitsyn K.G. // Russian Journal of Applied Chemistry 86 (8) (2013) P. 1275.

20. Abad S., Santos V., Paraj’o J.C. // Cellul. Chem. Technol. 35 (2003) P. 333.

21. Ligero P., Villaverde J.J., de Vega A., Bao M. // Industrial Crops and Products 27 (2008) P.110.

22. Suchy M., Argyropoulos D.S. // TAPPI Journal 785(4) (2001) P. 2.

23. Hakansson H., Ahlgren P. // Cellulose 12(2) (2005) P. 177.

24. Pavasars, J. Hagberg, H. Borén, B. Allard. Alkaline // Journal of Polymers and the Environment 11(2) (2003) P. 39.

25. Leppänen K., Andersson S., Torkelli M., Knaapila M., Kotelnikova N., Serimaa R. // Cellulose 16(6) (2009) P.999.

26. Ioelovich M., Leykin A. // Cellulose Chemistry ana Technology 40(5) (2006) P. 313.

27. US Patent 6,392,034 В1. Published.2002.

28. US Patent 7,005,514.В2, Published 2006.

29. Kuznetsov B.N., Kuznetsova S.A., Danilov V.G., Yatsenkova O.V., Petrov AV. // Reac Kinet Mech Cat. 104 (2011) P. 337.

30. Sjoöstroöm E., Alern R. Analytical Methods in Wood Chemistry. Pulping and Papermaking. Springer-Verlag, Berlin (1999).

31. Park S., Baker J.O., Himmel M.E. Parilla P.A., Jonson D.K. // Biotechnology for Biofuels. (2010) P. 3.

32. Thakur V.K., Thakur M.K. Handbook of Sustainable Polymers: Structure and Chemistry. Taylor & Francis Group. LLC (2016) 923 p.

33. Kuznetsov B.N., Sudakova I.G., Garyntseva N.V., Djakovitch L., Pinel C. // Reac. Kinet. Mech. Cat. 110 (2013) P.271.

34. Пен Р.З. Планирование эксперимента в Statgrachics. Красноярск: СибГТУ (2003) 246 с. / Pen R.Z. Experimental Design in Statgraphics Centurion. Krasnoyarsk (2014) 293 p.

35. Shankar S., Rhim J.W. // Carbohydr. Polym 135 (2016) P. 18.

36. Yuvraj P, Chauhan RS, Sapkal VS, Zamre GS // Int. J. Chem. Sci. 7(6) (2009) P. 81.