"Мы показали, что механическая обработка биомассы из тростника и ее нагрев до высоких температур приводят к формированию пор на поверхности стенок клеток и исчезновению из них лигнина. Это позволяет использовать подобные материалы в качестве основы для сорбентов, способных поглощать ионы тяжелых металлов", – пишут ученые.
Как правило, большая часть растительной биомассы состоит из двух типов сахаристых полимеров – целлюлозы и лигнина. Первую можно легко разложить различными микробами и грибками, ее широко используют в промышленности в самых разных целях, в том числе для производства бумаги и множества химических реагентов.
При этом лигнин, напротив, разлагать и обрабатывать очень сложно. Более того: затруднительно даже выделить из его растительной ткани, не повреждая ее при этом. Поэтому после переработки очередной партии растительной биомассы промышленники обычно сжигают лигнин. Вдобавок, он мешает производить биотопливо, из-за чего химики и биологи активно ищут пути его удаления из биомассы.
Российские ученые из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (Новосибирск) придумали, как это сделать. Они изучали то, как биомасса из стеблей и листьев обычного тростника (Phragmites australis) реагировала на механическую обработку, заморозку или нагрев.
Во время этих экспериментов ученые помещали кусочки биомассы в холодильник, в котором поддерживалась температура в –196 °C, или же отправляли ее в печь, где растительные останки прогревались до температуры в 100 или 196 °С, после чего размалывали их и изучали химический состав и структуру.
Опыты показали, что нагрев биомассы до высоких температур позволяет достаточно просто и быстро удалить весь лигнин из клеточных стенок. Это происходит благодаря тому, что внутри них образуются крупные поры и скопления этого биополимера "плавятся". В результате листья и побеги тростника превращаются в очень пористый материал, который можно применять для самых разных целей.
Благодаря заморозке биомассы и ее последующему измельчению можно быстро разрушать молекулы лигнина и целлюлозы с помощью различных катализаторов и ферментов. Это делает производство биотоплива и различных реагентов эффективнее. Как надеются ученые, оба этих подхода найдут свое место в биохимической промышленности.
