Ткаченко, ТВ, Євдокименко, ВО, Каменських, ДС, Філоненко, ММ, Вахрін, ВВ, Кашковський, ВІ
Nauka innov. 2018, 14(2):51-66
https://doi.org/10.15407/scin14.02.051
Рубрика: Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Мова: Українська
Анотація: 
Вступ. Біомаса переважно застосовується як енергетичне джерело, тоді як вона є цінною хімічною сировиною. На сьогодні виділено 20 базових сполук, які можна отримати із рослинної біомаси та яких достатньо для виготовлення широкого асортименту продукції хімічної промисловості.
Проблематика. Незважаючи на значний потенціал рослинних відходів для промисловості, в Україні роботам у цьому напрямку приділяється недостатньо уваги.
Мета. Cтворення ефективного технологічного рішення, яке забезпечить комплексну практично безвідходну переробку відходів рослинного походження з одержанням ліквідних продуктів.
Матеріали й методи. В дослідженні використано метод органо-сольветної варки, метод вибухового автогідролізу, гетерогенного каталізу, низку аналітичних методів (технічний, елементний, структурний аналіз).
Результати. Показано, що обробка рослинної сировини в умовах автогідролізу дозволяє зруйнувати вихідну компактну, міцну структуру та розкласти її на індивідуальні складові. Для мікрокристалічної целюлози (МКЦ) відбувається зростання загальної конверсії на 6-18% із високим індексом кристалічності (ІК) — 0,81. Встановлено, що при лужній обробці рисової лузги спостерігається «екстракція» неорганічної складової та зменшення її вмісту, а також часткова делігніфікація з одночасним збільшенням вмісту целюлози. Методом органо-сольветної варки лузги, з якої попередньо видалено кремнієві сполуки, виділено максимальну кількість МКЦ (100 % від теоретично можливого), з ІК 0,77, ступенем полімеризації 560,5 та чистотою 99,3 %. Разом з тим одержано зразок діоксиду кремнію, з вмістом SiO2 не менше 99,99 %.
Висновки. Наведено спосіб одержання целюлози з відходів рослинництва методом органо-сольвентної варки та встановлено вплив процесу попередньої обробки лігноцелюлозної біомаси на фізико-хімічні характеристики одержаної целюлози.
Ключові слова: вибуховий автогідроліз, діоксид кремнію, лігнін, мікрокристалічна целюлоза, целюлоза
Посилання: 
1. Кузнецов Б.Н., Шарыпов В.И., Гришечко Л.И., Селзард А. Интегрированный каталитический процесс получения жидких топлив из возобновляемой лигноцеллюлозной биомассы. Кинетика и катализ. 2013. Т. 54, № 3. С. 358-367.
2. Ikawo O.E. Conversion of agrowastes to bioproducts. 2013. 56 p.
3. Supitcha Rungrodnimitchai, Wachira Phokhanusai, Natthapong Sungkhaho Preparation of Silica Gel from Rice Husk Ash Using Microwave Heating. Journal of Metals, Materials and Minerals. 2009. Vol. 19, № 2. P. 45-50.
4. Земнухова Л.А., Будаева В.В., Федорищева Г.А., Кайдалова Т.А., Куриленко Л.Н., Шкорина Е.Д., Ильясов С.Г. Неорганические компоненты соломы и шелухи овса. Химия растительного сырья. 2009. № 1. С. 147-152.
5. Вураско А.В., Дрикер Б.Н., Мозырева Е.А., Земнухова Л.А., Галимова А.Р., Гулемина Н.Н. Ресурсосберегающая технология получения целлюлозных материалов при переработке отходов сельскохозяйственных культур. Химия растительного сырья. 2006. № 4. С. 5-10. 
6. Jose James M. Subba Rao Silica from rice husk through thermal decomposition Thermochimica Acta. 1986. Vol. 97. P. 329-336.
7. Pat. GB 1508825. Refratech Albert Gmbh. A method of production low-carbon, white husk ash.
8. Сорока П.И., Тертышный О.А., Смирнова Е.С., Гриднева Т.В. Получение соединений кремния из отходов рисового производства. Наукові праці Одеської нац. академії харчов. технологій. 2006. Т. 2. № 28. С. 4-10.
9. Матковский П. Кремний в мире человека. The Chemical Journal. 2011. С. 36-39.
10. Гриднева Т. В., Сорока П. И., Тертышный О. А., Рябик П. В., Смирнова Е. С. Получение диоксида кремния из рисовой шелухи. Екологічні аспекти та ресурсозберігаючі технології. 2010. № 3. С. 100-102.
11. Рис и его качество. Под ред. Е.П. Козминой. Москва, 1976. 400 с.
12. Сергиенко В.И., Земнухова Л.А., Егоров А.Г., Шкорина Е.Д., Василюк Н.С. Возобновляемые источники химического сырья: комплексная переработка отходов производства риса и гречихи Рос. хим. журн. (Журн. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2004. Т. XLVIII, № 3. С. 116-124.
13. Цой Е.А. Кремнийсодержащие соединения из соломы риса: состав, строение, свойства. Автореф. на дис. канд. хим. наук. Владивосток, 2015, 20 с. 
14. Haoran Chen. Biogenic silica nanoparticles derived from rice husk biomass and their applications.  A dissertation submitted to the Graduate Council of Texas State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy with a Major in Materials Science, Engineering, and Commercialization. 2013. 197 p., 
15. Андриевский Р.А. Нитрид кремния – синтез и свойства Успехи химии. 1995. Т. 64, № 4. С. 311-329.
16. Каменських Д.С, Ткаченко Т.В., Євдокименко В.О., Кашковський В.І. Вибуховий автогідроліз пентозановмісної сировини. Катализ и нефтехимия. 2015. № 24. С. 90-95.
17. Tigunova O.O., Beiko N. E., Kamenskyh D.S., Tkachenko T.V., Yevdokymenko V.O., Kashkovskiy V.І., Shulga S. M. Lignocellulosic Biomass after Explosive Autohydrolysis as Substrate for Butanol. Biotechnologia Acta. 2016. V. 9, № 4. Р. 28-34.
18. Кузнецов Б.Н., Тарабанько В.Е., Кузнецова С.А. Новые каталитические методы в получении целлюлозы и других химических продуктов из растительной биомассы Кинетика и катализ. 2008. Т. 49, № 4. 541-551.
19. Кузнецов Б.Н., Чесноков Н.В., Гарынцева Н.В., Яценкова О.В. Интегрированная каталитическая переработка древесины осины в жидкие и твердые биотоплива. J. Siber. Fed. Univ. Chem. 2013. V. 6, № 3. P. 286-298.
20. ГОСТ 26177-84 Корма. Комбикорма. Метод определения лигнина. 3 с.
21. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. Москва: Экология, 1991. 321 с.
22. Sunkyu Park, John O. Baker, Michael E. Himmel, Philip A. Parilla and David K. Johnson. Cellulose crystallinity index: measurement techniques and their impact on interpreting cellulase performance. Biotechnology for Biofuels. 2010, V. 3, № 10. URL: http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/3/1/10 (дата звернення: 01.11.2017).
23. Барышникова С.В., Шарыпова В.И., Жижаева А.М., Береговцова Н.Г., Кузнецов, Б.Н. Изменения структурной упорядоченности древесины осины в процессе ее механохимической активации и гидролиза. J. Siber. Fed. Univ. Chem. 2012. V. 2, № 3. Р. 120-127.
24. Данилов В.Г., Яценкова О.В., Кузнецов Б.Н. Получение микрокристаллической целлюлозы из автогидролизованной древесины осины. Лесной и химический комплексы – проблемы и решения. Т. 2. Сб. ст. по материалам Всероссийской научно-практической конференции (25-26 октября 2012 г., Красноярск). Красноярск, 2012. С. 80-84.
25. Голязимова О.В., Политов А.А., Ломовский О.И. Увеличение эффективности измельчения лигноцеллюлозного растительного сырья с помощью химической обработки. Химия растительного сырья. 2009. № 2. С. 53-57.
26. Шевчук О.М., Зильберглейт М.А., Шишаков Е.П. Рентгеноструктурный анализ сульфатных целлюлоз различных производителей. Химия растительного сырья. 2013. № 3. С. 43-47. 
27. Nicoleta Terinte, Roger Ibbett, Kurt Christian Schuster. Overviewon native cellulose and microcrystalline cellulose. I Structure studied by Х-ray diffraction (WAXD): comparison betweenmeasurement techniques. Lenzinger Berichte. 2011. V. 89. P. 118-131.
28. Кушнир Е.Ю., Аутлов С.А., Базарнова Н.Г. Получение микрокристаллической целлюлозы непосредственно из древесины под воздействием микроволнового излучения. Химия растительного сырья. 2014. № 2. С. 41-50.
29. Базарнова Н.Г., Карпова Е.В., Катраков И.Б., Маркин В.И., Микушина И.В., Ольхов Ю.А., Худенко С.В. Методы исследования древесины и ее производных. Барнаул, 2002. 160 с.
30. Кузнецов Б.Н., Судакова И.Г., Гарынцева Н.В., Иванченко Н.М. Делигнификация древесины пихти пероксидом водорода в мягких условиях в присутствии сернокислотного катализатора. J. Siber. Fed. Univ. Chem. 2013. V. 4, № 6. Р. 361-371.
31. Левданский В.А., Левданский А.В., Кузнецов Б.Н. Экологически безопасный способ получения из древесины ели целлюлозного продукта с высоким содержанием альфа-целлюлозы. Химия растительного сырья. 2014. № 2. С. 35-40.
32. Xinsheng Wang, Zhenlin Lu, Lei Jia, Jiangxian Chen. Physical Properties and Pyrolysis Characteristics of Rice Husks in Different Atmosphere. Results in Physics. 2016. V. 6. P. 866-868.
33. Аутлов С.А., Базарнова Н.Г., Кушнир Е.Ю. Микрокристаллическая целлюлоза: структура, свойства и области применения (обзор). Химия растительного сырья. 2013. № 3. С. 33-41.
34. Тарабанько В.Е., Коропачинская Н.В., Кудряшев А.В., Первышина Е.П., Кузнецов Б.Н., Поляков С.В., Золотухин В.Н. Исследование процесса переработки пшеничной соломы в ароматические альдегиды и левулиновую кислоту. Химия растительного сырья. 1998. № 3. С. 59-64.
35. Гоготов А.Ф., Рыбальченко Н.А., Маковская Т.И., Бабкин В.А. Каталитическое нитробензольное окисление лигнинов. Изв. АН. Сер. хим. 1996. № 12. С. 3004-3007.
36. Тарабанько В.Е., Коропачинская Н.В., Кудряшев А.В., Кузнецов Б.Н. Влияние природы линина на эффективность каталитического окисления в ванилин и сиреневый альдегид. Изв. АН. Сер. хим. 1995. № 2. C. 375-379
37. Кайгородов К.Л., Тарабанько В.Е., Челбина Ю.В., Ильин А.А., Коропачинская Н.В. Переработка отходов производства биотоплива в ванилин и другие продукты тонкого органического синтеза. Матер. всер. конф. «Химия и химическая технология: достижения и перспективы» (21-23 ноября 2012 г., Кемерово). Кемерово, 2012. С. 263-265.
38. Заявка на патент на винахід України № а 201706242 Євдокименко В.О., Каменських Д.С., Кашковський В.І., Вахрін В.В. Спосіб одержання аморфного діоксиду кремнію з рисового лушпиння. Заявл. 19.06.17.