ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА АВТОГИДРОЛИЗА-ВЗРЫВА ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЫ

УДК 634.0.86

  • Болтовский Валерий Станиславович – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры химической переработки древесины. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: v-boltovsky@rambler.ru

DOI: https://doi.org/10.52065/2520-2669-2021-247-2-5-12

Ключевые слова: растительная биомасса, автогидролиз, декомпрессия (взрыв), гемицеллюлозы, моносахариды, целлюлоза, лигнин.

Для цитирования: Болтовский В. С. Применение метода автогидролиза-взрыва при переработке растительной биомассы (обзор) // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. 2021. № 2 (247). С. 5–12. DOI: https://doi.org/10.52065/2520-2669-2021-247-2-5-12.

Аннотация

В данной статье выполнен анализ литературных источников по применению метода автогидролиза-взрыва при химической, механохимической и биотехнологической переработке постоянно возобновляемой лигноцеллюлозной растительной биомассы для ее делигнификации и активирования с целью получения древесноволокнистой массы, целлюлозы и микрокристаллической целлюлозы, древесноволокнистых и древесностружечных плит, повышения эффективности процессов ферментативного гидролиза и биоконверсии с получением различных продуктов и оценки перспектив его промышленной реализации.

Рассмотрены теоретические и прикладные аспекты метода взрывного автогидролиза растительной биомассы.

Взрывной автогидролиз-взрыв обеспечивает кратковременную высокотемпературную обработку исходного влажного лигноцеллюлозного материала при повышенном давлении с последующим мгновенным сбросом давления до атмосферного (эффект парового взрыва). При этом осуществляется гидролиз гемицеллюлоз без внесения катализаторов (автогидролиз), а также происходит деструкция лигнина и уменьшение его молекулярной массы. В результате быстрой декомпрессии автогидролизованного материала обеспечивается его фракционирование на продукты гидролиза гемицеллюлоз и низкомолекулярной фракции лигнина, а также твердый остаток, состоящий из целлюлозы и лигнина.

В настоящее время разработаны конструкции лабораторных, пилотных и опытно-промышленных установок для осуществления процесса автогидролиза-взрыва и разделения образующихся при этом компонентов.

Метод автогидролиза-взрыва является экологически безопасным и эффективным процессом высокотемпературной обработки лигноцеллюлозной растительной биомассы для получения различных видов востребованной продукции и представляет безусловный интерес для реализации в промышленности.

Скачать

Список литературы

  1. Гравитис Я. А. Теоретические и прикладные аспекты взрывного автогидролиза растительной биомассы // Химия древесины. 1987. № 5. С. 3–21.
  2. Холькин Ю. И. Технология гидролизных производств. М.: Лесная пром-сть, 1989. 496 с.
  3. Ефремов А. А., Кротова И. В. Комплексная переработка древесных отходов с использованием метода взрывного автогидролиза // Химия растительного сырья. 1999. № 2. С. 19–39.
  4. Xylan derivatives from steam-exploded lignocellulosic resourses – structure and properties / N. Raushenberg [et al.] // American Chemical Society, Polymer Preprints, Division of Polymer Chemistry. 1990. Vol. 31, no. 1. P. 650–652.
  5. Putnina A., Kukle S., Gravitis J. Steam explosion as the pretreatment method of lignocellulosic biomass // Scientific Journal of RTU. 2012. № 7. P. 80–83.
  6. Просвирников Д. Б., Халитов Р. А., Лашков В. А. Исследование механизма паровзрывного диспергирования лигноцеллюлозного материала // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2014. № 1. С. 241–243.
  7. Кузнецов Б. Н., Кузнецова С. А., Тарабанько В. Е. Новые методы получения химических продуктов из биомассы деревьев сибирских пород // Рос. хим. журн. 2004. Т. XLVIII, № 3. С. 4–20.
  8. Комплексная переработка древесных отходов паровзрывным методом в аппарате высокого давления / Д. Ф. Зиатдинова [и др.] // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2011. № 2. С. 124–131.
  9. Method for producing microcrystalline cellulose: pat. US 5769934, МПК C08B15/02. № 5769934; publ. date: 23.06.1998. URL: https://patents.google.com/patent/US5769934A (date of access: 03.03.2019).
  10. Ахметшин И. Р. Получение микрокристаллической целлюлозы из лигноцеллюлозного материала, активированного паровзрывной обработкой: дис. … канд. техн. наук: 05.21.03. Казань, 2003. 133 л.
  11. Исследование взрывного автогидролиза стержней початков кукурузы / А. М. Филатова [и др.] // Гидролизная и лесохимическая пром-сть. 1987. № 6. С. 3–6.
  12. Direct hydrolysis of cellulose to glucose using ultra-high temperature and pressures team explosion / Sasaki Ch. [et al.] // Carbohydr. Polym.: Scientific and Technological Aspects of Industrially Important Polysaccharides. 2012. Vol. 89, no. 1. P. 298–301. DOI: 10.1016/j.carbpol.2012.02.040.
  13. Зиатдинова Д. Ф., Сафин Р. Г., Просвирников Д. Б. Извлечение примесей из древесноволокнистой массы, полученной при обработке лигноцеллюлозного материала высокотемпературным паровзрывным автогидролизом // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2011. № 12. С. 70–77.
  14. Зиатдинова Д. Ф., Сафин Р. Г., Зиатдинов Р. Р. Современное состояние техники и технологии производства древесной массы сбросом давления // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2011. № 7. С. 53–57.
  15. Химическая модификация отходов растительного происхождения методом взрывного автогидролиза / В. В. Коньшин [и др.] // XX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, Екатеринбург, 26–30 сент., 2016 г.: тез. докл.: в 5 т. Екатеринбург, 2016. Т. 4. С. 67.
  16. Просвирников Д. Б. Совершенствование техники и технологии процесса паровзрывной обработки древесных отходов: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.21.05 и 05.21.03. Казань, 2013. 19 с.
  17. Просвирников Д. Б. Переработка лигноцеллюлозной биомассы, активированной методом паровзрывной обработки: автор. дис. … докт. техн. наук: 05.21.03. Казань, 2019. 38 с.
  18. Волокнистые древесно-полистирольные сорбенты для ликвидации нефтяных загрязнений / Е. В. Веприкова [и др.] // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2011. № 4. С. 27–37.
  19. Enzymatic hydrolysis pretreated lignocellulosic substrates and the fermentatijn of the sugars to ethanol and butandiol / J. N. Saddler [et al.] // Biotechnol. Bioeng. Symp. 1983. № 13. P. 225–238.
  20. Ando S., Ono O., Kieto S. Production of ethanol from bagasse and rise straw treated by steam exsplosion // Hanal hakko kogaku kaishi. 1987. Vol. 65, no. 2. P. 137–141.
  21. Investigation of cellulose convertibility and ethanolic fermentation of sugarcane bagasse pretreated by wet oxidation and steam explosion / C. Martin [et al.] // J. Chem. Technol. and Biotechnol. 2006. Vol. 81, no. 10. P. 1669–1677. DOI: https://doi.org/10.1002/jctb.1586.
  22. Enzymatic hydrolysis of autohydrolysed husks / L. A. Ares-Peon [et al.] // J. Chem. Technol. and Biotechnol. 2011. Vol. 86, no. 2. P. 251–260. DOI: https://doi.org/10.1002/jctb.2511.
  23. Untersuchung der Vorhydrolyse von Lignocelluloserothstolier mittels Steam Explosion / J. Lindorfer [et al.] // Chem. Ing. Techn. 2010. Vol. 82, no. 8. P. 1169–1176. DOI: https://doi.org/10.1002/cite.201000057.
  24. Трофимов Н. Н., Бабкин В. А., Чемерис М. М. Катализируемый паровзрывной гидролиз целлолигнинового остатка древесины лиственницы // Химия растительного сырья. 2002. № 2. С. 53–56.
  25. Purl V. D., Mammers H. Explosive pretreatment of lignocellulosic residues with high-pressure carbоn dioxide for the production of fermentation substrates // Biotechnol. and Bioeng. 1983. Vol. 25, no. 12. P. 3149–3161. DOI: https://doi.org/10.1002/bit.260251226.
  26. Малхасян Л. Г., Кузнецов В. М. Лабораторная установка для проведения автогидролиза взрыва // Гидролизная и лесохимическая пром-сть. 1989. № 4. С. 17–18.
  27. Зиатдинова Д. Ф., Сафин Р. Г., Просвирников Д. Б. Разработка опытно-промышленной установки для разделения лигноцеллюлозного материала на компоненты методом высокотемпературного парового гидролиза // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2011. № 12. С. 93–101.
Поступила 04.03.2021