Экстракционно-каталитическое фракционирование древесины пихты с получением микрокристаллической и нанофибриллированной целлюлоз

Abstract

Предложен новый экстракционно- каталитический метод получения микрокристаллической и нанофибриллированной целлюлоз из древесины пихты, включающий стадии выделения целлюлозного продукта и этаноллигнина путем обработки древесины 60 % этанолом при 190 °C, получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) обработкой целлюлозного продукта пероксидом водорода в среде «уксусная кислота – вода» в присутствии катализатора H2MoO4, получение нанофибриллированной целлюлозы (НФЦ) с использованием сернокислотной и ультразвуковой обработок МКЦ. При оптимальных условиях каталитической пероксидной обработки целлюлозного продукта с выходом 41,3 % от массы древесины получена МКЦ, которая содержит 91,2 мас.% целлюлозы, 0.8 мас.% лигнина и имеет степень полимеризации 340. НФЦ, полученная из МКЦ с выходом 29,7 % от массы древесины, имеет надмолекулярную структуру целлюлозы II, индекс кристалличности 0,67, степень полимеризации 117 и средний гидродинамический диаметр частиц 24,9 нм. Этаноллигнин, образующийся при выделении из древесины пихты целлюлозного продукта, имеет высокую концентрацию кислородсодержащих функциональных групп, удельную поверхность 48 м2/г, средний размер пор 11,2 нм и отличается хорошей сорбционной активностью по отношению к J2 (40,6 %) и метиленовому синему (70,1 мг/г)

A new extraction-catalytic method for the production of microcrystalline cellulose (MCC) and nanofibrillated cellulose (NFC) has been proposed. The method integrates the next stages: isolation the cellulose product and ethanol lignin by treating wood with 60 % ethanol at 190 °C, obtaining MCC by treating the cellulose product with hydrogen peroxide in acetic acid- water medium at 100 °C in the presence of catalyst H2MoO4, obtaining NFC by sulfuric acid and ultrasonic treatments of MCC. Under optimal conditions of catalytic peroxide treatment of the cellulose product, MCC was obtained with an yield of 41.3 % of the wood mass, which contains 91.2 wt.% cellulose, 0.8 wt.% lignin and has a degree of polymerization of 340. NFC, obtained from MCC with an yield of 29.7 % by weight of wood, has a supramolecular structure of cellulose II, a crystallinity index of 0.67, a degree of polymerization of 117 and an average hydrodynamic diameter of particles of 24.9 nm. Ethanol lignin formed during the isolation of the cellulose product from abies wood has a high concentration of oxygen- containing functional groups, a specific surface area of 48 m2/g, an average pore size of 11.2 nm and it has a high sorption activity for J2 (40.6 %) and methylene blue (70.1 mg/g)