СТРУКТУРА И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ПРИ МИКРОВОЛНОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведена оптимизация структуры целлобиозы и целлодекстрозы с применением методов квантовой химии. С использованием метода релаксированного сканирования рассчитаны энергетические профили начальных стадий разрыва связей в молекуле целлобиозы. Для оценки энергий диссоциации и равновесных длин связей был использован потенциал Морзе. Средняя энергия диссоциации связей в молекуле целлобиозы возрастает в следующем порядке: O–H, C–OC, Cцикл–Cцикл, Cцикл–C, Cцикл–OH, C–H, Cцикл–H, C–OH. Наибольшее отклонение от среднего значения наблюдается для гидроксильной группы (относительное отклонение составляет 6%). Экспериментальное исследование воздействия микроволнового излучения на микрокристаллическую целлюлозу выявило снижение количества гидроксильных групп в твердом продукте.

Об авторах

С. А Ананичева

Институт прикладной физики РАН

Email: bulanova@ipfran.ru
Нижний Новгород, Россия

А. Б Алыева

Институт прикладной физики РАН

Нижний Новгород, Россия

Т. О Крапивницкая

Институт прикладной физики РАН

Нижний Новгород, Россия

Е. И Преображенский

Институт прикладной физики РАН

Нижний Новгород, Россия

С. В Зеленцов

Институт прикладной физики РАН; ННГУ им. Н.И. Лобачевского

Email: zelentsov@chem.unn.ru
Нижний Новгород, Россия

Н. Ю Песков

Институт прикладной физики РАН; ННГУ им. Н.И. Лобачевского

Нижний Новгород, Россия

М. Ю Глявин

Институт прикладной физики РАН

Нижний Новгород, Россия

Список литературы

  1. Li B. et al. Coke formation during rapid quenching of volatile vapors from fast pyrolysis of cellulose // Fuel. 2021. Vol. 306. P. 121658.
  2. Нугманов О.К., Григорьева Н.П., Лебедев Н.А. Структурный анализ травяной целлюлозы // Химия растительного сырья. 2013. № 1. С. 29–37.
  3. Tiwari A., Sanjog J. Morphological, structural, and thermal properties of cellulose nanocrystals extracted from Indian water chestnut shells (agricultural waste) // Next Materials. 2025. Vol. 8. P. 100653.
  4. Nomura T., Minami E., Kawamoto H. High-speed camera observation of cellulose fast pyrolysis under infrared irradiation // J Anal Appl Pyrolysis. 2025. Vol. 189. P. 107102.
  5. Ouerhani M., Largeau J.-F. Thermal conversion of cellulose fiber under slow pyrolysis: Kinetics, thermodynamics and related chemical species // Bioresour Technol Rep. 2025. Vol. 30. P. 102110.
  6. Song J. et al. Conversion of glucose and cellulose into value-added products in water and ionic liquids // Green Chemistry. 2013. Vol. 15. № 10. P. 2619.
  7. Azadi P. et al. Hydrogen production from cellulose, lignin, bark and model carbohydrates in supercritical water using nickel and ruthenium catalysts // Appl. Catal. B. 2012. Vol. 117–118. P. 330–338.
  8. Liu C. et al. Production of Levulinic Acid from Cellulose and Cellulosic Biomass in Different Catalytic Systems // Catalysts. 2020. Vol. 10. № 9.
  9. Mettler M.S. et al. Revealing pyrolysis chemistry for biofuels production: Conversion of cellulose to furans and small oxygenates // Energy Environ Sci. 2012. Vol. 5., № 1. P. 5414–5424.
  10. Dai G. et al. Initial pyrolysis mechanism of cellulose revealed by in-situ DRIFT analysis and theoretical calculation // Combust Flame. 2019. Vol. 208. P. 273–280.
  11. Zaichenko V.M., Lavrenov V.A., Faleeva Yu.M. Study of the Slow Pyrolysis of Lignin, Hemicellulose, and Cellulose and the Effect of Their Interaction in Plant Biomas // Химия твердого топлива. 2023. № 6. P. 66–74.
  12. Liu Y. et al. Comparative microwave catalytic pyrolysis of cellulose and lignin in nitrogen and carbon dioxide atmospheres // J Clean Prod. 2024. Vol. 437. P. 140750.
  13. Collard F.-X., Blin J. A review on pyrolysis of biomass constituents: Mechanisms and composition of the products obtained from the conversion of cellulose, hemicelluloses and lignin // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. Vol. 38. P. 594–608.
  14. Motasemi F., Afzal M.T. A review on the microwaveassisted pyrolysis technique // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2013. Vol. 28. P. 317–330.
  15. Namazi A.B., Allen D.G., Jia C.Q. Microwave-assisted pyrolysis and activation ofpulp mill sludge // Biomass Bioenergy. Elsevier Ltd, 2015. Vol. 73. P. 217–224.
  16. Yin C. Microwave-assisted pyrolysis of biomass for liquid biofuels production // Bioresource Technology. 2012. Vol. 120. P. 273–284.
  17. Rodriguez A.M. et al. Influence of Polarity and Activation Energy in Microwave-Assisted Organic Synthesis (MAOS) // ChemistryOpen. 2015. Vol. 4, № 3. P. 308–317.
  18. St. John P.C. et al. Prediction of organic hemolytic bond dissociation enthalpies at near chemical accuracy with sub-second computational cost // Nat. Commun. 2020. Vol. 11. № 1. P. 2328.
  19. Lotliker S.U. et al. Accuracy of the new modified Morse potential energy function for ground and excited states of diatomic molecules // Physics Open. 2023. Vol. 16. P. 100159.
  20. Neese F. The ORCA program system // WIREs Computational Molecular Science. 2012. Vol. 2. № 1. P. 73–78.
  21. Гришаева Т.Н., Маслий А.Н. Сравнение производительности квантово-химических программных пакетов Gaussian 09, Orca 2. 8 и Priroda 11 на примере расчета структур комплексов никеля(II) и меди(II) // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Vol. 15. № 2. C. 7–11.
  22. Kalenius E. et al. Size‐ and Structure‐Selective Noncovalent Recognition of Saccharides by Tetraethyl and Tetraphenyl Resorcinarenes in the Gas Phase // Chemistry – A European Journal. 2008. Vol. 14. № 17. P. 5220–5228.
  23. Krapivnitckaia T. et al. Theoretical and Experimental Demonstration of Advantages of Microwave Peat Processing in Comparison with Thermal Exposure during Pyrolysis // Processes. 2023. Vol. 12. № 1. P. 92

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).