Метод разделения лигнина может сделать возобновляемые материалы прибыльными

РИЧЛЕНД, Вашингтон – Новый метод извлечения лигнина может помочь превратить пшеничную солому в золото. Лигнин, полученный с использованием нового метода, был нейтральным по цвету, без запаха и однородным, что могло бы сделать этот углеродно-нейтральный материал более жизнеспособным кандидатом для разработки дорогостоящих продуктов.

Как сообщается в Трудах Национальной академии наук, исследователи из Университета штата Вашингтон извлекли из пшеничной соломы до 93% лигнина с чистотой до 98%, производя значительное количество материала единым способом, что может сделать его более привлекательным для промышленности. использовать.

«Этот метод позволяет нам извлекать лигнин из растительного материала в его естественной форме и с высоким выходом», — сказал Сяо Чжан, профессор Школы химической инженерии и биоинженерии Джина и Линды Войланд при WSU, который руководил работой. «Мы смогли продемонстрировать промышленности, что можно производить лигнин нейтрального цвета и без запаха, и мы можем произвести довольно много материала, чтобы начать оценивать его применение».

Лигнин является вторым по распространенности возобновляемым источником углерода, на его долю приходится около 30% углерода на основе неископаемого топлива на Земле. Он есть во всех сосудистых растениях, где он образует клеточные стенки и придает растениям жесткость. Лигнин позволяет деревьям стоять, придает овощам твердость и составляет около 20–35% веса древесины. Этот материал имеет большие перспективы в качестве прекурсора для биоматериалов и топлива, но, как известно, его трудно извлечь из растений.

Материал обычно отделяется во время производства бумаги и биоочистки, но эти процессы часто загрязняют и значительно изменяют химические и физические свойства лигнина, снижая его ценность. Таким образом, большая часть лигнина либо сжигается для производства топлива и электроэнергии, либо используется в недорогих продуктах, например, в добавках к цементу или в качестве связующего вещества в кормах для животных. Производство более гомогенного лигнина дает возможность продолжить разработку ценных материалов для замены пластиков и полимеров, полученных из нефти.

«Из-за своей неоднородности лигнин не может быть использован в качестве ценного материала, несмотря на многовековые усилия», — сказал Чжан, работающий совместно с Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией. «Говорят, что «из лигнина можно сделать что угодно, кроме денег». В молекулах настолько много разнородности, что никто не может ничего из этого сделать».

В своей работе исследователи использовали растворитель для отделения лигнина от пшеничной соломы и смогли сохранить и контролировать его ключевые свойства, создав более однородную молекулу с постоянной молекулярной массой, что делает ее более полезной для промышленности. Извлеченный лигнин имел светлый цвет, который больше похож на лигнин, существующий в природе.

Поскольку это соединение богато электронами, лигнин имел сильное сродство к растворителю, а взаимодействие электронов позволило исследователям извлечь его с минимальными химическими реакциями, что защитило его естественную молекулярную структуру, которая так часто легко повреждается при химическом разделении.

Управление коммерциализации WSU подал предварительный патент и будет помогать исследователям в расширении и возможной коммерциализации этой технологии. Чтобы сделать его более пригодным для промышленного применения, исследовательская группа работает над сокращением длительного времени обработки и количества необходимых химикатов для очистки. Работа была выполнена в сотрудничестве с Эдоардо Апра, ученым-компьютерщиком из PNNL, и профессором Артом Рагаускасом из Университета Теннесси, Ноксвилл. Его поддержали Национальный научный фонд и Национальный институт продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США, а также фонд WSU по проблемам коммерциализации.