«Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина»

Использование композитов на основе микро- и наноцеллюлозы как альтернативы углеводородным пластикам

УДК: 661.728.7
DOI: 10.33285/2073-9028-2023-1(310)-162-179

Авторы:

¹ Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, Москва, Российская Федерация

Ключевые слова: целлюлоза, сельскохозяйственные отходы, композиты, наноцеллюлоза, древесина, биоразлагаемые материалы, полимеры, возобновляемые источники сырья

Аннотация:

В данной статье рассматривается возможность использования композитов на основе микро- и наноцеллюлозы как альтернативы углеводородным пластикам. Проведен подробный анализ возможных источников сырья для получения микро- и наноцеллюлозы. В качестве целлюлозосодержащего сырья предлагается использовать отходы сельского хозяйства (СХО). На основании статистических данных по количеству СХО, соотношению целлюлозы и лигнина были выделены наиболее перспективные для переработки виды отходов, такие как пшеничная солома, отходы гречихи и сахарной свеклы. Изложены основные пункты синтетических методов получения микро- и наноцеллюлозы из отходов сельского хозяйства. Показано, что полученные композитные материалы не уступают по свойствам полимерам, получаемым из ископаемого сырья.

Список литературы:

1. Максимов А.Л., Винокуров В.А. Биорефайнинг: переработка биосырья в топливо и продукты основного органического синтеза. – М.: Российский государственный университет нефти и газа, 2019. – 238 с.
2. Пластиковый бум угрожает «историческому» пакту ООН о загрязнении//RUPEC, Информационно-аналитический центр, 2022. – URL: https://rupec.ru/news/48695/ (дата обращения: 15.03.2022).
3. Васнев В.А. Биоразлагаемые полимеры//Высокомолекулярные соединения. Серия Б. – 1997. – Т. 39, № 12. – С. 2073–2086.
4. Васильева Н.Г. Биоразлагаемые полимеры//Вестник Казанского технологического университета. – 2013. – Т. 16, № 22. – С. 156–157.
5. Clyne T.W., Hull D. An introduction to composite materials. – Cambridge university press, 2019.
6. Roylance D. Introduction to composite materials//Department of material science and engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, 2000.
7. Пипия Л.К., Елкин А.Г. Переработка пластмасс: оценка рынка и перспективы//Наука за рубежом. – 2018. – № 75. – 33 с.
8. Левичева М. Не нагревать: опасно ли пить и есть из пластиковой посуды//Wonder Комьюнити. – М.: Wonder Комьюнити, 2018. – URL: https://www.wonderzine.com/wonderzine/health/wellness/244985-plastic-plates, свободный (дата обращения: 14.11.2021).
9. Волова Т.Г. Разрушаемые микробные полигидроксиалканоаты в качестве технического аналога неразрушаемых полиолефинов//Journal of Siberian University. Biology. – 2015. – № 8. – С. 131–151.
10. Целлюлоза и наноцеллюлоза. Обзор/А.Н. Зарубина [и др.]//Лесной вестник/Forestry bulletin. – 2019. – Т. 23, № 5. – С. 116–125.
11. Экология России. Сохранение. – URL: https://ecologyofrussia.ru/proekt/sohranenie-lesov/ (дата обращения: 15.06.2022).
12. «Сохранение лесов» – самое оперативно реализуемое направление нацпроекта «Экология». – URL: https://ecologyofrussia.ru/sohranenie-lesov-samoe-operativno-realizuemoe-napravlenie-natsproekta-ekologiya/ (дата обращения: 15.06.2022).
13. Лесной кодекс РФ от 4 декабря 2006 г. № 200-ФЗ//Собрание законодательства Российской Федерации. – 11 декабря 2006. – № 50. – Ст. 5278.
14. Целлюлозный мир: грозит ли рынку дефицит бумаги? – URL: https://sber.pro/ publication/tselliuloznyi-mir-grozit-li-miru-defitsit-bumagi (дата обращения: 15.10.2021).
15. Паулин Е. Путин: Россия поддерживает подготовленную к конференции в Глазго декларацию по лесам//ТАСС. – 2021. – 2 ноября. – URL: https://tass.ru/ekonomika/12826859 свободный (дата обращения: 02.11.2021).
16. Бюллетени о состоянии сельского хозяйства (электронные версии). – URL: https:// rosstat.gov.ru/compendium/document/13277 (дата обращения: 15.03.2022).
17. Vivian R. Feig, Helen Tran, Zhenan Bao. Biodegradable Polymeric Materials in Degradable Electronic Devices//ACS central science. – 2018. – № 4. – P. 337–348.
18. Оценка содержания лигнина в древесине методом ИК Фурье-спектроскопии/ С.С. Хвиюзов, К.Г. Боголицын, М.А. Гусакова, И.Н. Зубов//Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9-1. – С. 87–90.
19. Получение и бумагообразующие свойства целлюлозы из стеблей рапса и сои/ В.И. Торгашов, Е.В. Герт, О.В. Зубец, Ф.Н. Капуцкий//Вестник БГУ. Сер. 2. – 2008. – № 2. – С. 12–20.
20. Денисова М.Н. Гидротропная целлюлоза из вторичного сельскохозяйственного сырья//Ползуновский вестник. – 2016. – № 1. – С. 73–76.
21. Гнеушева И.А. Биотехнологическая переработка отходов производства гречихи и получение ценных продуктов: дис. … канд. техн. наук. – Воронеж: Орловский государственный университет, 2014. – 131 с.
22. Разработка технологий получения фитомеланинов на отходах масличного производства/Л.А. Иванова, И.А. Фоменко, Д.А. Сергеева, Л.А. Чурмасова, Ж.К. Кабаржан//Health, Food & Biotecnology. – 2019. – № 1 (2). – 245 с.
23. Recent progress in cellulose nanocrystals: sources and production/D. Trache, M. Hazwan Hussin, M.K. Mohamad Haafiz, V. Kumar Thakur//Nanoscale. – 2017. – № 9. – Р. 1763–1786.
24. Жукова Н.И., Цой Е.А. Целлюлоза и лигнин различных сортов риса Приморского края// Альманах современной науки и образования. – Тамбов: Грамота, 2013. – № 4 (71). – C. 72–74.
25. Himanish Das, Sudhir Kumar Singh. Useful byproducts from cellulosic wastes of agriculture and food industry – a critical appraisal//Critical reviews in food science and nutrition. – 2010. – P. 77–89.
26. Антишина Е.А. Функциональные ингредиенты на основе кофейного шлама//Наукові праці. – 2016. – Т. 80. – Вып. 2. – С. 43–47.
27. Environment Canada’s science strategy 2014 to 2019. – URL: https://www.canada.ca/en/environment-climate-change/services/science-technology/publications/strategy-2014-2019.html (дата обращения: 15.03.2022).
28. Recent progress in cellulose nanocrystals: sources and production/D. Trache [et al.]// Nanoscale. – 2017. – Т. 9, № 5. – P. 1763–1786.
29. Громова Н.Ю. Экологические аспекты утилизации целлюлозосодержащих отходов// Вестник ТвГТУ. – 2015. – Т. 112, № 27, № 1. – С. 40–43.
30. Разработка технологии получения фитомеланинов из отходов масличного производства/Л.А. Иванова [и др.]//Health, Food & Biotechnology. – 2019. – Т. 1, № 2. – 245 c.
31. Fermentative production of melanin by the fungus Auricularia auricula using wheat bran extract as major nutrient source/Y. Zou [et al.]//Food Science and Technology Research. – 2017. – Т. 23, № 1. – P. 23–29.
32. Structural characterization of allomelanin from black oat//Mónika Varga, Ottó Berkesi, Zsuzsanna Darula, Nóra Veronika May, András Palágyi//Phytochemistry. – 2016. – Vol. 130. – P. 313–320.
33. Коньшин В.В. Синтез сложных эфиров целлюлозы из целлюлозосодержащего сырья в среде трифторуксусной кислоты: автореф. дис. … докт. наук. – ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», 2013. – 36 c.
34. Chugunova O., Shkolnikova M., Kadritskaya E. Buckwheat husk processing products as Factor of a Stable Food Market Development//E3S Web of Conferences. – EDP Sciences, 2020. – Т. 208.
35. Гнеушева И.А. Биотехнологическая переработка отходов производства гречихи и получение ценных продуктов: дис. … канд. техн. наук. – Воронеж: Орловский государственный университет, 2014. – 131 с.
36. Eriksen Q. The use of microfibrillated cellulose produced from kraft pulp as strength enhancer in TMP paper//Nordic Pulp and Paper Research Journal. – 2008. – № 23 (3). – P. 299–304.
37. Vegetable nanocellulose in food science: A review/C. Gómez H., A. Serpac, J. Velásquez-Cocka, P. Gañána, C. Castrob, L. Vélez, R. Zuluaga//Food Hydrocolloids. – 2016. – Vol. 57. – P. 178–186.
38. Росстат уточнил итоги посевной под урожай 2021 года. – URL: https://www.agroinve-stor.ru/analytics/news/36271-rosstat-utochnil-itogi-posevnoy-pod-urozhay-2021-goda/ (дата обращения: 15.03.2022).
39. Сахар (рынок России) – Мировой рынок сахара//TADVISER. Государство. Бизнес. Технологии – 2022. – 13 января. – URL: https://www.tadviser.ru/a/643905 свободный (дата обращения: 02.02.2022).