ФГБУН ФИЦКИА РАН
RU|EN


16.04.2018 | 4 апреля 2018 года в г. Москве в Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН) состоялась ежегодная научная конференция «Деревянное зодчество. Новые материалы и открытия», организованная Научно исследовательским институтом теории и истории архитектуры и градостроительства (НИИТИАГ) совместно с РААСН.

 
12.04.2018 | Поздравляем победителей конкурса научных проектов «Молодые ученые Поморья» 2018 года!

 
03.04.2018 | Проведены экспедиционные исследования в Коношском районе Архангельской области на базе ГБС «Ротковец»

 
asp

ЛАБОРАТОРИЯ ХИМИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ БИОПОЛИМЕРОВ


Заведующая лабораторией

к.т.н. Гусакова М.А.

Научный руководитель

д.х.н., профессор Боголицын К.Г.














Лаборатория химии растительных биополимеров (до 10.2009 года – лаборатория химии лигнина) была создана на базе Института экологических проблем Севера Уральского отделения Российской академии наук в 1991 г. доктором химических наук Афанасьевым Николаем Ивановичем.

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Направленное регулирование свойств лигнинов и вторичных продуктов переработки древесины

  • Структура и свойства органосольвентных и модифицированных лигнинов;
  • Направленное регулирование коллоидно-химических и полимерных свойств лигнинов;
  • Межфазовые взаимодействия в гетерогенных системах с участием лигнинов и экстрактивных веществ.

2. Закономерности биохимических процессов формирования фундаментальных свойств и структуры растительных биополимеров и их трансформация в естественных климатических условиях Европейского Севера России и технологических процессах

  • Биогеохимические аспекты формирования фундаментальных свойств и структуры биополимеров лигноуглеводной древесной матрицы;
  • Исследование физико-химических свойств наноразмерных систем на основе компонентов торфа;
  • Исследование физико - химических свойств нанокомплексов на основе модифицированных биополимеров.

3. Физико-химические основы изучения основных закономерностей фундаментального цикла «строение – функциональная природа – свойства» природных матриц арктических экосистем

  • Применение суб- и сверх- критических состояний вещества для исследования тонкой структуры, селективного извлечения и модификации компонентов лигноуглеводной матрицы природных объектов;
  • разработка научных основ создания новых материалов, в том числе биологически активных соединений с заданными свойствами и функциями с использованием комплексообразующих соединений (хитин, хитозан, полифенолы, полисахариды).

4. Экологическое совершенствование технологии переработки древесного сырья

  • Научное обоснование сброса в водные объекты загрязняющих веществ со стоками предприятий ЦБП по интегральным показателям;
  • разработка способов получения модифицированных продуктов целевого назначения на основе побочных продуктов ЦБП.
Важнейшие результаты фундаментальных исследований лаборатории
  • Новые данные о молекулярно-массовых характеристиках, топологической структуре, конформационных, гидродинамических, термохимических, поверхностно-активных свойствах лигносульфонатов с характеристикой основных направлений трансформации структуры их макромолекул в процессе сульфитной делигнификации.
  • Установлено, что лигносульфонаты натрия (ЛСNa) и аминосодержащие полиэлектролиты (полиэтиленполиамин – ПЭПА и хитозан – ХТ) могут быть отнесены к ограниченно набухающим полимерам. Показано, что по параметрам термодинамической гибкости поведение макромолекул ЛСNa в растворах соответствует поведению жесткоцепных полимеров. Установлено, что макромолекулы ХТ в растворителе, подавляющем полиэлектролитные эффекты, относятся к жесткоцепным полимерам, а макромолекулы ПЭПА – к линейным гибкоцепным полимерам с очень слабым межмолекулярным взаимодействием.
  • С использованием современных методических подходов и методов исследования структуры многокомпонентных природных матриц получены новые данные, подтверждающие рассмотрение лигноуглеводной матрицы как суперпозиции взаимопроникающих полимерных наноструктур основных компонентов древесины, находящихся в состоянии термодинамической квазиравновесности. Установлено, что естественное нарушение баланса наблюдается при достижении можжевельником возраста зрелой древесины (90-110 лет) и сопровождается преобладанием окислительных и дегидрогенизационных процессов с образованием хинонных форм и повышением термодинамической неравновесности в древесной матрице. Происходящие процессы приводят к изменению соотношения п-кумаровых гваяцильных и сирингильных структур, функциональной природы, реакционной способности и молекулярно-массовых характеристик лигнина можжевельника. Показана определяющая роль ферментативного пероксидазного катализа в процессах биосинтеза и формирования структуры лигнина.

  • Рисунок - Расположение слоев клеточной стенки древесины можжевельника и ориентация в них целлюлозных микрофибрилл (S1,S2,S3,W – слои клеточной стенки)
  • С позиций синергетики с использованием методов световой, АСМ-микроскопии и динамического светорассеяния изучены структура торфа и его компонентов на разных уровнях размерной иерархии (макро-, микро- и наноуровнях) и их физико-химические свойства. Получены новые данные о ресурсном потенциале торфа арктических территорий России с позиций извлечения перспективных «зеленых» реагентов: высокомолекулярных гуматов, биологически активных низкомолекулярных соединений (восков, смол). Теоретически и экспериментально обоснованы режимы выделения индивидуальных компонентов, обеспечивающие комплексность использования торфяных ресурсов Субарктического региона, показана возможность их использования в качестве эффективных сорбентов нефти, тяжелых металлов и природных ПАВ.
  • Рисунок - АСМ изображение наночастиц биополимеров гумусовой природы, экстрагированных из верхового торфа
  • Установлены фундаментальные закономерности формирования и модификации наноструктуры и физико-химических свойств гибридных полифункциональных материалов на основе биополимеров растительного (лигнин, полисахариды) и животного (хитозан) происхождения для создания мультислойных биологически совместимых композиционных материалов, нового поколения биологически-активных веществ, высокоэффективных сорбентов и биосенсоров. Показано, что интерполиэлектролитные комплексы проявляют полиамфолитные ионообменные свойства, при этом максимум активности соответствует стехиометрическому комплексу эквимольного состава, что определяется особенностями его морфологической структуры (плотная упаковка сферических наночастиц размером 30±3 нм)

  • Рисунок – Морфологическая структура интерполиэлектролитных комплексов лигносульфонат – хитозан при различных соотношениях полимерных компонентов: а - 0,7; б - 1,0; в - 1,4. Снимки получены на SEM Sigma VP ZEISS
  • Предложена методика экологической оценки технологии производства предприятий комплексной химической переработки древесины для обеспечения эффективности решений в области управления природными процессами с учетом хозяйственной деятельности с использованием ограниченного перечня показателей уровня сброса/выброса по аналогии с существующими критериями оценки в ЕС. Базовым принципом сбалансированности экономических, экологических и социальных требований предложен принцип внедрения НДТ. Основное положение данного подхода заключается в переходе на нормирование деятельности предприятий в целом и его отдельных подразделений на базе технологий, отвечающих последним экономически доступным достижениям науки и техники, при минимальном уровне воздействия на экосистемы.
    Исследованы основные закономерности формирования компонентного состава сточных вод в процессах производства целлюлозно-бумажной продукции с использованием современных физико-химических методов анализа. В соответствие с международными стандартами научно обоснован и экспериментально подтвержден перечень приоритетных показателей эколого-аналитического контроля качества сточных вод ЦБП и методики их определения. Установлен вклад в значение ХПК индивидуальных компонентов и отдельных фракций веществ различной химической природы, показан приоритетный характер применения данного параметра для целей экологического контроля.