Научные основы новых методов получения ценных химических продуктов, базирующихся на каталитическом фракционировании древесной биомассы

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-13-00250

НазваниеНаучные основы новых методов получения ценных химических продуктов, базирующихся на каталитическом фракционировании древесной биомассы

Руководитель Кузнецов Борис Николаевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" , Красноярский край

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-403 - Гомогенный катализ и гетерогенный катализ

Ключевые слова Древесная биомасса, биорефайнери, каталитическое фракционирование, оптимизация, наноцеллюлозы, гели, сульфатированные полимеры, углеводороды, фенольные, ароматические, состав, строение

Код ГРНТИ31.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Огромные ресурсы лигноцеллюлозной биомассы являются возобновляемым источником сырья для получения широкого ассортимента химических продуктов, которые могут заменить продукты современного нефтехимического синтеза. Традиционные технологии глубокой переработки древесного сырья являются малопроизводительными, ориентированы на получение ограниченного ассортимента продуктов и наносят ущерб окружающей среде. Это обуславливает высокую актуальность исследований, направленных на создание научных основ новых высокотехнологичных методов комплексной переработки (биорефайнери) древесной биомассы в ценные химические продукты, обеспечивающих использование всех ее основных компонентов. Важной научной задачей является разработка физико-химических основ новых эффективных каталитических процессов, которые могут существенно повысить выход целевых продуктов, производительность и экологическую безопасность, аналогично каталитическим технология в нефтехимии. Научная новизна планируемых систематических исследований заключается в создании новых подходов к разработке эффективных методов получения из биомассы березы и пихты ассортимента востребованных химических продуктов (наноцеллюлозных полимеров и аэрогелей с уникальными свойствами, фенольных и ароматических углеводородов, ценных биологически активных веществ) на основе использования оригинальных оптимизированных процессов каталитического и экстракционно-каталитического фракционирования биомассы на ее основные компоненты - целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозы, экстрактивные вещества. Ожидаемые результаты исследования по своей новизне соответствуют мировому уровню и будут опубликованы в высокорейтинговых журналах. Высокая значимость и масштабность результатов по созданию новых подходов к комплексной переработке лигноцеллюлозной биомассы обусловлена резко возросшей за последние годы актуальностью создания новых технологий, обеспечивающих переработку всех ее основных компонентов, а также наличием огромных постоянно возобновляемых ресурсов древесных и сельскохозяйственных отходов. Успешное решение научной задачи проекта позволит создать стратегию высокотехнологичной утилизации многотоннажных отходов предприятий лесопромышленного комплекса с получением востребованных химических продуктов, что приведет к снижению антропогенной нагрузки на окружающую среду и к повышению рентабельности лесоперерабатывающих предприятий. Имеющиеся у исполнителей проекта существенные заделы в области изучения каталитических превращений лигноцеллюлозной биомассы, в разработке новых методов получения из биомассы и лигнина ценных химических веществ, функциональных полимеров и биотоплив, в том числе полученных в рамках предыдущего проекта РНФ № 16-13-10326, при выполнении которого опубликовано 9 статей Q1 (за 2016-2020 гг.) и наличие широкого арсенала современных физико-химических методов исследования определяют высокую вероятность получения предполагаемых результатов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кузнецов Б.Н., Гарынцева Н.В., Судакова И.Г., Скрипников А.М., Пестунов А.В. ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ БИОМАССЫ ДРЕВЕСИНЫ БЕРЕЗЫ НА МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКУЮ ЦЕЛЛЮЛОЗУ, КСИЛОЗУ И ЭНТЕРОСОРБЕНТЫ Химия растительного сырья, №4, С.105-118 (год публикации - 2021)
10.14258/jcprm.20210410504

2. Тарабанько Н.В., Барышников С.В., Казаченко А.С., Скрипников А.М., Лавренов А.В., Таран О.П., Кузнецов Б.Н. Hydrothermal hydrolysis of microcrystalline cellulose from birch wood catalyzed by Al2O3-B2O3 mixed oxides Wood Science and Technology, V. 56, N 2. P. 437–457. (год публикации - 2022)
10.1007/s00226-022-01363-4

3. Кузнецов Б.Н., Барышников С.В., Мирошникова А.В., Казаченко А.С., Маляр Ю.Н., Скрипников А.М., Таран О.П. Fractionation of BirchWood by Integrating Alkaline-Acid Treatments and Hydrogenation in Ethanol over a Bifunctional Ruthenium Catalyst Catalysts, №11, 1362 (год публикации - 2021)
10.3390/catal11111362

4. Лутошкин М.А., Ратабоул Ф., Дьякович Л., Маляр Ю.Н., Кузнецов Б.Н. Состав и строение этаноллигниновхвойной и лиственной древесины и продуктов их каталитической теломеризациис 1,3-бутадиеном Журнал Сибирского федерального университета. Химия, №4 (год публикации - 2021)
10.17516/1998-2836-0261

5. Кузнецов Б.Н., Васильева Н.Ю., Микова Н.М., Жижаев А.М. Синтез и сульфатирование сульфаминовой кислотой аэрогелей из целлюлоз древесины березы и хлопка Журнал Сибирского федерального университета.Химия, Т. 15, № 1. С. 57–68 (год публикации - 2022)
10.17516/1998-2836-0271

6. Кузнецов Б.Н., Судакова И.Г., Чудина А.И., Гарынцева Н.В., Казаченко А.С., Скрипников А.М., Маляр Ю.Н., Иванов И.. Fractionation of Birch Wood Biomass into Valuable Chemicals by the Extraction and Catalytic Processes BIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY, Published online 14 March 2022 (год публикации - 2022)
10.1007/s13399-022-02498-x

7. Гарынцева Н.В., Воробьев С.А., Елсуфьев Е.В., Сюй Ян, Кузнецов Б.Н. Кинетические закономерности и оптимизация процесса пероксидной делигнификации древесины пихты как ключевой стадии получения нанофибриллированной целлюлозы Журнал Сибирского федерального университета. Химия, Т.15, №2, С.275-288 (год публикации - 2022)
10.17516/1998-2836-0292

8. Левданский А.В., Васильева Н.Ю., Маляр Ю.Н., Кондрасенко А.А., Фетисова О.Ю., Казаченко А.С., Левданский В.А., Кузнецов Б.Н. An Efficient Method of Birch Ethanol Lignin Sulfation with a Sulfaic Acid-Urea Mixture MOLECULES, Vol. 27, 6356 (год публикации - 2022)
10.3390/molecules27196356

9. Кузнецов Б.Н., Судакова И.Г., Гарынцева Н.В., Скрипников А.М.,Пестунов А.В., Гнидан Е.В. Birch Wood Biorefinery into Microcrystalline, Microfibrillated, and Nanocrystalline Celluloses, Xylose, and Enterosorbents WOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY, V. 57, N. 1. P. 173–196. (год публикации - 2023)
10.1007/s00226-022-01443-5

10. Мирошникова А.В., Казаченко А.С., Барышников С.В., Маляр Ю.Н., Яковлев В.А., Скрипников А.М., Фетисова О.Ю., Таран О.П., Кузнецов Б.Н. Гидрирование этаноллигнина древесины пихты водородом в среде этанола в присутствии катализатора NiCuМо/SiO2 ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ, № 4. С. 89–98. (год публикации - 2022)
10.14258/jcprm.20220411606

11. Микова Н.М., Иванов И.П., Жижаев А.М., Кузнецова С.А., Кузнецов Б.Н. Строение углеродных гелей, полученных карбонизацией органических ксерогелей на основе таннинов коры лиственницы и целлюлозы сосны ЖУРНАЛ СИБИРСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА. ХИМИЯ., Т. 16, № 1. C. 96–106. (год публикации - 2023)

12. Кузнецов Б.Н., Гарынцева Н.В., Судакова И.Г., Скрипников А.М., Пестунов А.В. Heterogeneous Catalytic Fractionation of Birch-Wood Biomass into a Microcrystalline Cellulose, Xylose and Enterosorbents Russian Journal of Bioorganic Chemistry, Vol.48, № 7, P. 1476-1485 (год публикации - 2022)
10.1134/S1068162022070160

13. Микова Н.М., Иванов И.П., Фетисова О.Ю., Казаченко А.С., Кузнецов Б.Н. Characterization of the pine biomass derived tannin–furfuryl carbon xerogels Bioresource Technology Reports, Vol.22, 101454 (год публикации - 2023)
10.1016/j.biteb.2023.101454

14. Кузнецов Б.Н., Чудина А.И., Казаченко А.С., Фетисова О.Ю.. Боровкова В.С., Воробьев С.А., Карачаров А.А., Гнидан Е.В., Мазурова Е.В., Скрипников А.М., Таран О.П. Fractionation of aspen wood to produce microcrystalline, microfibrillated and nanofibrillated celluloses, xylan and ethanollignin Polymers, № 15, 2671 (год публикации - 2023)
10.3390/polym15122671

15. Кузнецов Б.Н., Мирошникова А.В., Казаченко А.С., Барышников С.В., Маляр Ю.Н., Яковлев В.А., Скрипников А.М., Фетисова О.Ю., Сюй Ян., Таран О.П. Reductive catalytic fractionation of abies wood into bioliquids and cellulose with hydrogen in an ethanol medium over NiCuMo/SiO2 catalyst Сatalysts, №13, 413 (год публикации - 2023)
10.3390/catal13020413

16. Левданский А.В., Васильева Н.Ю., Максимов Н.Г., Карачаров А.А., Левданский В.А., Фетисова О.Ю., Елсуфьев Е.В., Жижаев А.М., Кузнецов Б.Н. Structure and thermochemical properties of copper-containing birch xylan sulfates obtained by the ion exchange method Biomass Conversion and Biorefinery (год публикации - 2023)
10.1007/s13399-023-05209-2

17. Кузнецов Б.Н., Судакова И.Г., Казаченко А.С., Воробьев С.А., Мазурова Е.В., Иванов И.П., Жихарева Е.А. Экстракционно-каталитическое фракционирование древесины пихты с получением микрокристаллической и нанофибриллированной целлюлоз Журнал Сибирского федерального университета. Химия, Т.16, № 4, С. 618-630 (год публикации - 2023)

Публикации