Учёные Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» разработали новый метод получения микрофиб­риллированной целлюлозы, необходимой при производстве биоразлагаемых материалов, медицинских имплантов и аэрогелей. Данный способ является не только менее энергозатратным, но и более безопасным для экологии, если сравнивать с традиционными технологиями. Достигается это за счёт одностадийного процесса вы­работки высококачественной целлюлозы.

В результате заготовки и обработки древесины образуется огромное количество отходов – опилок и стружки. Данные отходы необходимо утилизировать, и перспективным направлением их использования является химическая переработка в целлюлозу и новые функциональные материалы, в том числе в микрофибриллированную целлюлозу.

Как отмечается, в последние годы интерес к такой целлюлозе заметно возрос. Она обладает уникальными свойствами – лёгкость, высокая пористость, нетоксичность, биосовместимость и биоразлагаемость. Благодаря им целлюлоза востребована в производстве аэрогелей, биокомпозитов, биоразлагаемых материалов, медицинских имплантов, создании композиционных армированных материалов на основе полимеров. Обычно целлюлозу получают путём продолжительного механического измельчения волокон целлюлозы с использованием гомогенизаторов высокого давления, что приводит к однородному состоянию целлюлозы. После с помощью шлифовальных машин и автоклавов получается готовый продукт. Растущий спрос на микрофибриллированный продукт сдерживается из-за основной нерешённой проблемы – высоких энергетических затрат при его получении.

Однако красноярские химики разработали новый экономичный и более экологичный метод получения целлюлозы. Он включает в себя четыре основные стадии: удаление лигнина из древесной щепы в среде «уксусная кислота–вода» в присутствии сернокислотного катализатора, кислотный гидролиз, ультразвуковая обработка и лиофильная сушка целлюлозы.

Как подчеркнула один из авторов исследования Ольга Яценкова, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии Красноярского научного центра СО РАН, ключевым моментом в получении микроцеллюлозы из древесины является процесс её делигнификации, то есть удаления лигнина из древесины. «Традиционные методы используют опасные серо­- и хлорсодержащие делигнифицирующие реагенты, повышенное давление и большой расход воды. Мы предлагаем новый метод получения целлюлозы с использованием таких «зелёных» окислителей, как пероксид водорода и кислород», — отметила она.

В дальнейшем учёные планируют объединить процесс делигнификации древесины с процессом предварительной предобработки исходного сырья. Это необходимо для выделения гемицеллюлоз, что способствует максимальному использованию ценных химических продуктов из древесной биомассы.

Также учёные планируют на стадии гидролиза целлюлозы вместо коррозийно-­активной серной кислоты использовать экологически безопасные твёрдые кислотные катализаторы, которые могут использоваться повторно.