Архив рубрики ~Лента новостей~

Как меняется структура целлюлозы при переработке с твёрдыми кислотами

Как меняется структура целлюлозы при переработке с твёрдыми кислотами

Структура целлюлозы

Структура целлюлозы

© Wikimedia Commons

Учёные Сибирского федерального университета и Института химии и химической технологии ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН исследовали структурные изменения целлюлозы в ходе гидролиза на твердых кислотных катализаторах – окисленном углеродном материале Sib450 и коммерческом сульфированном полимере Amberlyst-15. Исследование опубликовано в Wood Science and Technology.

Результаты показали, что гидролиз целлюлозы в водной среде на катализаторах с сильными и слабыми кислотными центрами происходит по разным механизмам. Установлено, что важную роль играет способность твердых кислот формировать двойной электрический слой – область с высокой концентрацией ионов гидроксония у поверхности катализатора. Открытие позволяет лучше понять процессы превращения целлюлозы в ценные химические продукты и биотопливо, что может способствовать развитию эффективных и экологически безопасных технологий переработки биомассы.

Традиционные методы переработки растительной биомассы создают высокую нагрузку на окружающею среду. Известны карты-накопители шлам-лигнина Байкальского целлюлозно-бумажного комбината и отвалы лигнина Канского биотехнологического завода. Однако эти производства имеют стратегическое значение и производят незаменимые продуты. Гидролиз целлюлозы – важный этап для основного пути получения этанола в промышленности. Гидоролиз — превращение полимера целлюлозы в его мономер – глюкозу, проводят с помощью серной кислоты. Эта сильная минеральная кислота в виде раствора выступает в качестве катализатора, затем её нейтрализуют и направляют в сточные воды завода.

Чтобы снизить экологическую нагрузку и улучшить экономические показатели гидролизной промышленности, учёные работают над созданием технологии нового поколения – гидролиза целлюлозы на твёрдых кислотных катализаторах. Такие катализаторы можно легко отделить от продуктов простой фильтрацией и использовать многократно. В отличие от серной кислоты, они не приводят к коррозии химических аппаратов.

«С 2008 года известно, что твёрдые кислоты имеют высокую эффективность в гидролизе целлюлозы, но было неочевидно, как могут взаимодействовать между собой твёрдые частицы целлюлозы и кислотного катализатора. Ранее мы провели теоретические исследования, в которых показали ведущую роль способности твердых кислот формировать у своей поверхности в воде двойной электрический слой. Это широко известное явление, которое является причиной изучаемых ещё в школе электрокинетических явлений, для каталитических процессов с использованием твёрдых кислот до нас учёные ещё не рассматривали», — рассказала руководитель исследования, заведующий кафедры органической и аналитической химии СФУ, заведующий лабораторией Института химии и химической технологии СО РАН Оксана Таран.

Исследование гидролиза целлюлозы на катализаторах с разной кислотностью (окисленный углерод Sib450 и сульфокатионит Amberlyst-15) выявило принципиальные различия в механизмах реакции. Amberlyst-15, содержащий сильные сульфогруппы, активнее расщепляет даже кристаллическую часть целлюлозы. В отличие от него, слабокислотный Sib450 преимущественно гидролизует аморфные участки, повышая степень кристалличности. Исследования показали, что при близкой конверсии целлюлозы катализаторы оказывают противоположное влияние на структуру целлюлозы: Amberlyst-15 снижает кристалличность, тогда как Sib450 увеличивает её. Это объясняется разной способностью катализаторов формировать двойной электрический слой. Хотя сильные кислоты эффективнее, углеродные катализаторы дешевле, стабильнее и более селективны по отношению к глюкозе.

«Нам доступны современные методы исследования материалов, которые позволили детально и глубоко разобраться в изменениях, происходящих в целлюлозе при гидролизе с твёрдыми кислотами, и выяснить, как устроен каталитический процесс на молекулярном уровне», — поделился соавтор исследования, ассистент кафедры органической и аналитической химии СФУ, младший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Виктор Голубков.

Источник: indicator.ru

❌ Нет тегов для этой статьи

Оцените материал:

Поделиться
Понравилась статья? Расскажите другим
ВКонтакте
Читайте также
Новости робототехники Искусственный интеллект в БПЛА: преимущества и риски Новости робототехники Новая система искусственного интеллекта поможет машинам более детально понимать трехмерное пространство. Новости робототехники Ростех показал кобота с «умным» зрением Новости робототехники ДНК-роботы могли бы доставлять лекарства и выслеживать вирусы внутри вашего тела. Новости робототехники Человекоподобные роботы, играющие в футбол, забили важный гол в области робототехники, продемонстрировав высокую координацию движений. Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Здравствуйте! Предлагаю участие в совместном конкурсе в Telegram, где вы… Новости робототехники Специалист по робототехнике утверждает, что безопасность человекоподобных роботов должна быть первостепенной задачей. Новости робототехники Приводимый в движение мышечными клетками, тончайший, как бумага, робот плывет по водному лабиринту. Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Поселил ИИ‑агента в чёлку макбука: он слушает мой день и… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Немой парень впервые признался в любви СИЛОЙ МЫСЛИ — его………… Новости робототехники GM делает ставку на вычислительные технологии и искусственный интеллект, которые, по её мнению, помогут ей конкурировать с китайскими автопроизводителями. Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ В легендарный Need for Speed: Underground 2 теперь можно поиграть… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ ИИ придумал пистолет, и его напечатали на 3D-принтере Однозарядный пистолет… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ В Швейцарии с помощью бактерий разработали печатный материал, похожий на бетон Новости робототехники Искусственный интеллект в БПЛА: преимущества и риски Новости робототехники Новая система искусственного интеллекта поможет машинам более детально понимать трехмерное пространство. Новости робототехники Ростех показал кобота с «умным» зрением Новости робототехники ДНК-роботы могли бы доставлять лекарства и выслеживать вирусы внутри вашего тела. Новости робототехники Человекоподобные роботы, играющие в футбол, забили важный гол в области робототехники, продемонстрировав высокую координацию движений. Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Здравствуйте! Предлагаю участие в совместном конкурсе в Telegram, где вы… Новости робототехники Специалист по робототехнике утверждает, что безопасность человекоподобных роботов должна быть первостепенной задачей. Новости робототехники Приводимый в движение мышечными клетками, тончайший, как бумага, робот плывет по водному лабиринту. Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Поселил ИИ‑агента в чёлку макбука: он слушает мой день и… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Немой парень впервые признался в любви СИЛОЙ МЫСЛИ — его………… Новости робототехники GM делает ставку на вычислительные технологии и искусственный интеллект, которые, по её мнению, помогут ей конкурировать с китайскими автопроизводителями. Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ В легендарный Need for Speed: Underground 2 теперь можно поиграть… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ ИИ придумал пистолет, и его напечатали на 3D-принтере Однозарядный пистолет… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ В Швейцарии с помощью бактерий разработали печатный материал, похожий на бетон