Научные основы технологии производства ванилина и сиреневого альдегида из ферментативных лигнинов - отходов производства биобутанола из древесины

Номер гранта:11-03-98032
Область научного знания:химия и науки о материалах
Тип конкурса: (р_сибирь_а)(р_сибирь_а) региональный конкурс сибирь
Год выполнения:2011г.
Руководитель: Тарабанько В.Е.
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

Лесные ресурсы и их переработка - важная составляющая экономики Красноярского края, в которой гидролизная промышленность до последнего времени играла важную роль. Переработка древесины в биобутанол - интенсивно развивающаяся область исследований и биотехнологий, современная высокотехнологичная версия гидролизной промышленности. Развитие такой технологии в Красноярском крае – естественный путь инновационного развития экономики края. В рассматриваемом биохимическом процессе в целевой продукт, бутанол, перерабатываются углеводные компоненты древесины, а лигнин, образующийся на стадии ферментативного гидролиза целлюлозы в качестве отхода, не находит квалифицированного применения. Хорошо известно, что при окислении лигнинов образуется ванилин (из хвойных пород) или его смесь с сиреневым альдегидом (из лиственных пород древесины). Цель настоящего проекта заключается в разработке основ эффективной технологии получения ванилина и сиреневого альдегида каталитическим окислением ферментативного лигнина, отхода переработки древесины в биобутанол. В рамках заявляемого проекта, во-первых, планируется доказать, что ферментативные лигнины, отходы перспективной технологии получения биобутанола из древесины, являются наиболее подходящим технологическим сырьем для получения ванилина и сиреневого альдегида. Во-вторых, на основе сформулированной ранее гипотезы о механизме окисления лигнинов в ванилин будут разработаны новые технологические подходы для сокращения расхода щелочи в процессе окисления, а это важнейшая статья затрат в экономике процессов переработки лигнинов в ванилин и сиреневый альдегид. Основной итог предлагаемого проекта будет заключаться в создании научных основ эффективной технологии производства ванилина и сиреневого альдегида из ферментативных лигнинов, отходов разрабатываемой технологии производства биобутанола из древесины. Полученные результаты послужат фундаментом «третьей сырьевой революции» в истории промышленного производства ванилина: переходу от глиоксалевой технологии к процессу окисления ферментативных лигнинов, т.е. технологиям «зеленой химии».

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

Изучена кинетика и селективность каталитического окисления ферментативного лигнина осины, отхода производства биобутанола (корпорация «Биотехнологии») в ванилин и сиреневый альдегид кислородом в реакторе с вращающейся мешалкой. Установлено, что при окислении ферментативного лигнина осины и порошка осиновой древесины максимальные выходы ароматических альдегидов практически совпадают и равны лучшим результатам окисления лигносульфонатов нитробензолом и кислородом. Эти сопоставления показывают, что ферментативный лигнин, отход переработки древесины в биобутанол, является концентрированным, неконденсированным перспективным технологическим сырьем для получения ванилина и сиреневого альдегида, превосходящим лигносульфонаты по выходу целевых продуктов и, следовательно, расходу реагентов в расчете на получаемый ванилин. Изучен процесс экстракции ванилина и сиреневого альдегида из реакционных масс октанолом и их реэкстракции из октанола концентрированными растворами гидросульфита натрия. Достигнуты наблюдаемые коэффициенты распределения на стадии экстракции D = 15 - 20 и на стадии реэкстракции D = 1/200. Такая высокая эффективность переноса ванилина в водную фазу ранее не описана и позволяет в одну ступень экстракции-реэкстракции сконцентрировать и очистить ванилин и сиреневый альдегид. Изучен процесс окисления ферментативного лигнина осины в ванилин и сиреневый альдегид в условиях непрерывной подачи щелочи в реактор. Это позволяет снизить скорость каталитического окисления и, таким образом, приблизиться к кинетической области протекания процесса. Превзойти выходы ванилина и сиреневого альдегида, получаемые в статических условиях, с полной исходной загрузкой щелочи в реактор, такой подход, однако, не позволил. С другой стороны, полученные экспериментальные факты подтверждают ранее предложенный нами механизм образования ванилина в процессе окисления лигнинов: предложенные стадии окисления и ретроальдольного расщепления разделены во времени. Показано, что каталитическое окисление лигнина кислородом при невысоких рН идет без образования альдегидов, а последующая подача щелочи в окисленный раствор дает ванилин и сиреневый альдегид в отсутствие кислорода. Таким образом, полученные результаты показывают, что ферментативные лигнины, отходы перспективной технологии получения биобутанола из лиственной древесины, являются наиболее подходящим технологическим сырьем для получения ванилина и сиреневого альдегида.
Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 22.10.2020.
Помог ли вам материал?
0    0