​Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» в сотрудничестве с российскими и французскими коллегами усовершенствовали технологию получения жидких углеводородных продуктов из отходов древесной биомассы.

Новизна подхода заключается в сочетании предварительной механической активации смеси древесных опилок и цеолитных катализаторов и термической конверсии активированной смеси в сверхкритическом этаноле. Исследователям удалось подобрать такой режим переработки смеси осины и катализатора, при котором выход биомасла достигает 89 %. Получаемые соединения могут быть использованы для производства топливных добавок и полимеров различного назначения. Результаты исследований опубликованы в журнале Journal of Analytical and Applied Pyrolysis.

Глубокая переработка древесных отходов — одно из направлений развития «зеленой» химии. Основная сложность в переработке древесины связана с необходимостью расщепления таких сложных соединений, как целлюлоза и лигнин. Традиционная технология скоростного пиролиза растительной биомассы при температурах 500—700 °С позволяет получать жидкие органические вещества. Однако они малопригодны для дальнейшего использования.
 
Коллектив ученых из России и Франции совместил несколько существующих подходов к переработке древесины, что позволило увеличить конверсию биомассы в востребованные углеводородные соединения. Исследователи подобрали такой режим воздействия на смесь отходов осины и катализатора, при котором выход жидких продуктов достигал 89 % от массы исходного сырья. Технология была отработана на осине, так как этот вид деревьев по занимаемой площади в России находится на втором месте среди всех лиственных пород, уступая только березе. При этом осина считается малоценной породой.
 
Чтобы ускорить преобразование биомассы, ученые предложили использовать твердые кислотные цеолитные катализаторы. (Цеолиты — это минералы, в состав которых входят кремний и алюминий). В работе использовали цеолиты с различным соотношением кремния и алюминия, синтезированные в Институте химии нефти СО РАН (Томский научный центр СО РАН). По словам заведующего лабораторией Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН доктора химических наук Бориса Николаевича Кузнецова, достоинство твердых кислотных катализаторов в том, что они могут быть легко выделены из реакционной среды, восстановлены и вновь использованы для ускорения реакции.
 
Смесь древесины и катализатора подвергалась механохимической активации. В ходе такой обработки уменьшается кристалличность древесины, разрушается ее подструктура и формируются небольшие образования из частиц древесины и катализатора. Гомогенное распределение катализатора в реакционной смеси необходимо для быстрого протекания реакции.
 
Снизить температуру реакции и повысить ее эффективность стало возможным за счет использования органического растворителя (этанола) в сверхкритическом состоянии. В таком состоянии он ведет себя одновременно как жидкость и как газ. Подобно газам — сжимается, имеет низкую вязкость и высокую проникающую способность. Подобно жидкостям — является хорошим растворителем органических и неорганических веществ. 
 
К активированной смеси катализатора и древесины добавляли этанол и помещали в герметичную камеру, нагретую до температуры 300 °С. В этих условиях растворитель находится в сверхкритическом состоянии. В реакторе происходило разложение древесины на жидкие, газообразные и твердые продукты. Ученые исследовали несколько режимов термической конверсии активированных смесей древесины осины и цеолитов при разном давлении. В результате были подобраны условия (температура, давление, состав катализатора), которые обеспечивают образование максимального количества жидких продуктов (биомасел). Полученные субстанции после серии преобразований могут стать компонентами биотоплив и сырьем для производства полимерных материалов.
 
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда в рамках реализации проекта «Разработка новых методов получения ценных химических продуктов путем каталитической деполимеризации органосольвентных древесных лигнинов».

Похожие новости

  • 14/09/2017

    Красноярские ученые создали материал для сверхмощных электросетей

    ​Ученые из Сибирского федерального университета и Федерального исследовательского центра Красноярского научного центра СО РАН синтезировали наночастицы оксида меди, которые могут стать основой сверхпроводящих материалов при комнатной температуре.
    959
  • 11/12/2017

    Сибирские ученые создали новый датчик водорода

    ​Группа исследователей объединила полезные свойства фталоцианинов металлов и палладиевых мембран, чтобы создать активные слои датчиков для определения водорода.  Такая операция значительно увеличивает чувствительность сенсоров.
    716
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    525
  • 14/11/2016

    Ученые из Красноярска сделают алюминиевое производство более экологичным

    ​Ученые СФУ совместно с коллегами из Института химии и химической технологии СО РАН ведут исследования по созданию нового материала - автоклавного угольного пека для производства электродов. По словам технического директора РУСАЛа Виктора Манна, осуществляющего непосредственное руководство работой, внедрение "экологичного" пека на алюминиевых заводах позволит значительно улучшить состояние воздуха, достигнуть нормативных показателей по выбросам вредных веществ в окружающую среду.
    1443
  • 31/07/2018

    Разработка красноярских ученых позволит с математической точностью устранять пожары

    ​Ученые Института вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук - обособленного подразделения Красноярского научного центра СО РАН разработали математические модели развития пожара и эвакуации для обеспечения пожарной безопасности в образовательных учреждениях Красноярского края.
    321
  • 18/06/2018

    Сибирские ученые превратили сельхозотходы в уникальную наноцеллюлозу

    Сотрудники Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН) разработали новый дешевый способ получить важный для промышленности материал – бактериальную наноцеллюлозу.
    492
  • 29/08/2016

    В Новосибирске будут производить шагающие экзоскелеты для инвалидов

    ​Заместитель генерального директора по инновационному развитию "Инновационного медико-технологического центра" (Новосибирского медтехнопарка) Анатолий Аронов на круглом столе в рамках форума "Новосибирск- город безграничных возможностей" рассказал, что будут производить резиденты второй очереди медицинского промышленного парка.
    2110
  • 21/04/2017

    Красноярские физики получили нанодисперсные порошки для создания аккумуляторов водорода

    Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
    1222
  • 20/02/2017

    Новосибирские ученые предлагают недорогой способ утилизации отходов канализации

    ​Утилизировать отходы сточных вод с помощью катализаторов предложили новосибирские ученые. Обычно иловые осадки складируют на специальных полигонах или сжигают с применением песка. Это затратно и неэкологично.
    1237
  • 15/11/2016

    Красноярские ученые разработали прибор для диагностики иммунитета

    ​Ученые Научно-исследовательского института медицинских проблем Севера разработали сверхчувствительный прибор, способный оценить состояние иммунной системы пациента при различных заболеваниях.  Устройство позволит врачу быстро обнаружить ухудшение состояния больного и оперативно изменить терапию и тактику лечения.
    1229