ВЫДЕЛЕНИЕ И АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ РАСТЕНИЙ РОДА РЕЙНУТРИЯ
Аннотация
Заражение экосистем инвазивными видами представляется одной из существенных экологических проблем. К числу особенно опасных растений в России отнесены виды рода рейнутрия (Reynoútria). При борьбе с инвазивными видами целесообразно рассмотреть перспективы использования их биомассы как источника для получения востребованных продуктов. В данной работе исследованы возможности получения и использования целлюлозы из биомассы рейнутрии. Впервые методами азотнокислой обработки и окислительной делигнификации получены образцы целлюлозы из растений данного биологического рода. Исходная биомасса и выделенные целлюлозы охарактеризованы по компонентному составу и степени полимеризации. Найдено, что в выделенных образцах содержание целлюлозы достигает 75 мас.%, α-целлюлозы 67 мас.%. Определено, что степень делигнификации достигает 68 % при обработке рейнутрии методом окислительной делигнификации, а содержание целлюлозы увеличено с 42 до 63-75 мас.%. Путем кислотного гидролиза технической целлюлозы, выделенной методом окислительной делигнификации (РС-ОД), получена микроразмерная целлюлоза (РС-ОД-Г). В работе проанализирована перспективность использования целлюлозных материалов, полученных из рейнутрии, в сравнении с коммерческими видами целлюлозы. Определено, что полученный в данной работе методом окислительной делигнификации образец целлюлозы является перспективным для производства различных видов бумаги и картона, т.к. по определенным в данной работе характеристикам совпадает с коммерческой целлюлозой (ГОСТ 3914-89, 6501-82, 23482-84, 11208-82). Дальнейшая очистка от минеральных компонентов и увеличение доли α-целлюлозы позволит существенно расширить диапазон потенциального применения в таких областях как производство вискозы, бумаги для электротехнических приложений, ацетатов целлюлозы.
Для цитирования:
Черепанова К.С., Черенков И.А., Медведева Т.Б., Громов Н.В. Выделение и анализ перспектив использования целлюлозы из растений рода Рейнутрия. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 9. С. 114-125. DOI: 10.6060/ivkkt.20266909.7011.
Литература
Wyman C., Decker S., Himmel M., Brady J., Skopec C., Viikari L. Hydrolysis of cellulose and hemicellulose. In: Polysaccharides: Structural Diversity and Functional Versatility. Marcel Dekker Inc. 2005. P. 995-1033. DOI: 10.1201/9781420030822.ch43.
Mosier N., Wyman C., Dale B., Elander R., Lee Y., Holtzapple M., Ladisch M. Features of promising tech-nologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresour. Technol. 2005. V. 96. N 6. P. 673-686. DOI: 10.1016/j.biortech.2004.06.025.
Ottenhall A., Henschen J., Illergård J., Ek M. Cellulose-based water purification using paper filters modified with polyelectrolyte multilayers to remove bacteria from water through electrostatic interactions. Environ. Sci.: Water Res. Technol. 2018. V. 4. N 12. P. 2070-2079. DOI: 10.1039/C8EW00514A.
Rana A. K., Mostafavi E., Alsanie W.F., Siwal S.S., Thakur V.K. Cellulose-based materials for air purification: A review. Ind. Crops Prod. 2023. V. 194. P. 116331. DOI: 10.1016/j.indcrop.2023.116331.
Fedotova O.V., Trofimova K.V., Tsygankov P.Y., Sa-farov R.R. Study of the production parameters influence of highly porous cellulosic materials on their structural characteristics. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 2. P. 107-113 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236602.6736.
Chen Q., Kang M., Xie Q., Wang J. Effect of melamine modified cellulose nanocrystals on the performance of oilimmersed transformer insulation paper. Cellulose. 2020. V. 27. N 13. P. 7621-7636. DOI: 10.1007/s10570-020-03305-4.
Jusner P., Schwaiger E., Potthast A., Rosenau T. Thermal stability of cellulose insulation in electrical power transformers – A review. Carbohydr. Polym. 2021. V. 252. P. 117196. DOI: 10.1016/j.carbpol.2020.117196.
Edgar K.J., Buchanan C.M., Debenham J.S., Rundquist P.A., Seiler B.D., Shelton M.C., Tindall D. Advances in cellulose ester performance and application. Prog. Polym. Sci. 2001. V. 26. N 9. P. 1605-1688. DOI: 10.1016/S0079-6700(01)00027-2.
Gürdağ G., Sarmad S. Cellulose Graft Copolymers: Synthesis, Properties, and Applications. In: Polysaccharide Based Graft Copolymers. Berlin, Heidelberg: Springer. 2013. P. 15-57. DOI: 10.1007/978-3-642-36566-9_2.
Autlov S.A., Bazarnova N.G., Kushnir E.Yu. Micro-crystalline cellulose: structure, properties and areas of ap-plication (review). Khim. Rastit. Syr'ya. 2013. V. 3. P. 33-41 (in Russian). DOI: 10.14258/jcprm.1303033.
Akhlamadi G., Goharshadi E.K., Saghir S.V. Extraction of cellulose nanocrystals and fabrication of high alumina refractory bricks using pencil chips as a waste biomass source. Ceram. Int. 2021. V. 47. N 19. P. 27042-27049. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.06.117.
Shokri J., Adibkia K. Application of Cellulose and Cellulose Derivatives in Pharmaceutical Industries. In Cellu-lose - Medical, Pharmaceutical and Electronic Applications. Rijeka: IntechOpen. 2013. DOI: 10.5772/55178.
Lima N.F., Maciel G.M., Lima N.P., Fernandes I.d.A.A., Haminiuk C.W.I. Bacterial cellulose in cosmetic innovation: A review. Int. J. Biol. Macromol. 2024. V. 275. P. 133396. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.133396.
Yuan H., Wei X., Chen C., Yu H., Huang J., Tian H. Recent developments in cellulose-based Emulsion systems for food applications: A review. Food Hydrocoll. 2025. V. 163. P. 111089. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2025.111089.
Korchagina A.A., Budaeva V.V., Aleshina L.A., Lyukhanova I.V., Bychin N.V., Sakovich G.V. Modification of plant cellulose and its synthetic analog into low-substituted esterification products. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 6. P. 64-74 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226506.6598.
Agency for Forestry and Wildlife Protection of the Kamchatka Krai. Order on approval of the forestry regulations of the Koryaksky forestry N 748-pr. dated 10.26.2018. [Electronic resource]. URL: http://publication.pravo.gov.ru/document/4101201811010008?index=71 (accessed: 17.12.2025) (in Russian).
Nikol'skaya V. Pulp and paper industry in 2023. LesPromInform. 2023. V. 174. N 4 (in Russian). URL: https://lesp-rominform.ru/jarticles.html?id=6538 (дата обращения: 17.12.2025).
Evgen'ev V. English invader: a new poisonous weed is spreading across Russia faster than hogweed. 2025. [Electronic resource]. URL: https://progorod76.ru/news/83485? ysclid=mj8mq1rg4532067233 (accessed: 17.12.2025) (in Russian).
Vinogradova Yu.K., Mairov S.R., Khorun L.V. Black book of the flora of Central Russia (Alien plant species in ecosystems of Central Russia). M.: GEOS. 2009. 494 p. (in Russian).
Zorikova O.L., Manyakhin A.Yu., Borovaya S.A., Railko S.P. Seasonal dynamics of polysaccharide content in the raw material of Reynoutria japonica. Khim. Rastit. Syr'ya. 2018. V. 3. P. 33-39 (in Russian). DOI: 10.14258/jcprm.2018033777.
Starešinič M., Boh Podgornik B., Javoršek D., Leskovšek M., Možina K. Fibers Obtained from Invasive Alien Plant Species as a Base Material for Paper Production. Forests. 2021. V. 12. N 5. P. 527. DOI: 10.3390/f12050527.
Kapun T., Zule J., Fabjan E., Hočevar B., Grilc M., Likozar B. Engineered invasive plant cellulose fibers as resources for papermaking. Eur. J. Wood Wood Prod. 2022. V. 80. N 2. P. 501-514. DOI: 10.1007/s00107-021-01779-y.
Vrabič-Brodnjak U., Možina K. Invasive Alien Plant Species for Use in Paper and Packaging Materials. Fibers. 2022. V. 10. N 11. P. 94. DOI: 10.3390/fib10110094.
Budaeva V.V., Mitrofanov R.Yu., Zolotukhin V.N., Arkhipova O.S. Properties of cellulose from miscanthus. Polzunov. Vestn. 2010. V. 3. P. 240-245 (in Russian).
Budaeva V.V., Gismatulina Y.A., Zolotukhin V.N., Sakovich G.V., Veprev S.G., Shumny V.K. Quality indicators of cellulose obtained by nitric acid method in labora-tory and pilot plant conditions from miscanthus. Polzunov. Vestn. 2013. V. 3. P. 162-167 (in Russian).
Sakovich G.V., Budaeva V.V., Korchagina A.A., Gis-matulina Y.A. Prospects of cellulose nitrates from non-traditional raw materials for explosive compositions. Khim. Rastit. Syr'ya. 2019. V. 1. P. 259-268 (in Russian). DOI: 10.14258/jcprm.2019014336.
Korchagina A.A., Gismatulina Y.A., Budaeva V.V., Zolotukhin V.N., Bychin N.V., Sakovich G.V. Miscanthus giganteus of the "Kamis" variety as a new raw mate-rial for cellulose nitrates. J. Sib. Fed. Univ. Khim. 2020. V. 4. P. 565-577 (in Russian). DOI: 10.17516/1998-2836-0206.
Denisova M.N., Budaeva V.V., Pavlov I.N. Pulps isolated from Miscanthus, oat hulls, and intermediate flax straw with sodium benzoate. Korean J. Chem. Eng. 2015. V. 32. N 2. P. 202-205. DOI: 10.1007/s11814-014-0371-1.
Gismatulina Y.A., Budaeva V.V., Sakovich G.V. Nitric acid preparation of cellulose from miscanthus as a nitro-cellulose precursor. Russ. Chem. Bull. 2015. V. 64. N 12. P. 2949-2953. DOI: 10.1007/s11172-015-1252-4.
Gismatulina Y.A., Budaeva V.V. Chemical composition of five Miscanthus sinensis harvests and nitric-acid cellulose therefrom. Ind. Crops Prod. 2017. V. 109. P. 227-232. DOI: 10.1016/j.indcrop.2017.08.026.
Sudakova I. G., Garyntseva N.V., Chudina A.I., Kuznetsov B.N. Experimental and Mathematical Optimization of the Peroxide Delignification of Larch Wood in the Presence of MnSO4 Catalyst. Catal. Ind. 2020. V. 12. N 3. P. 265-272. DOI: 10.1134/S2070050420030125.
Pen R. Z., Shapiro I.D., Karetnikova N.V. Peroxide cellulose from wheat straw. Khim. Rastit. Syr'ya. 2022. N 2. P. 299-305. DOI: 10.14258/jcprm.20220210688.
Obolenskaya A.V., El'nitskaya Z.P., Leonovich A.A. Laboratory work on the chemistry of wood and cellulose. M.: Ekologiya. 1991. 320 p. (in Russian).
Gromov N.V., Medvedeva T.B., Rodikova Y.A., Babushkin D.E., Panchenko V.N., Timofeeva M.N., Zhizhina E.G., Taran O.P., Parmon V.N. Onepot synthesis of formic acid via hydrolysis–oxidation of potato starch in the presence of cesium salts of heteropoly acid catalysts. RSC Adv. 2020. V. 10. N 48. P. 28856-28864. DOI: 10.1039/D0RA05501H.
GOST 6840-78. Cellulose. Method for determination of alpha-cellulose content. M.: Izd-vo standartov. 1978. 7 p. (in Russian).
GOST 25438-82. Cellulose for chemical processing. Methods for determination of intrinsic viscosity. M.: Izd-vo standartov. 1982. 7 p. (in Russian).
Qazanfarzadeh Z., Kadivar M. Properties of whey protein isolate nanocomposite films reinforced with nanocellulose isolated from oat husk. Int. J. Biol. Macromol. 2016. V. 91. P. 1134-1140. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2016.06.077.
GOST 6501-82. Unbleached sulfite pulp from softwood. Specifications. M.: Izd-vo standartov. 1982. 6 p. (in Russian).
GOST 11208-82. Unbleached sulphate wood (softwood) pulp. Specifications. M.: Izd-vo standartov. 1983. 6 p. (in Russian).
GOST 23482-84. Unbleached sulfite pulp from softwood for export. Specifications. M.: Izd-vo standartov. 1986. 6 p. (in Russian).
GOST 3914-89. Bleached sulfite pulp from softwood. Specifications. M.: Izd-vo standartov. 1989. 8 p. (in Rus-sian).
Manushin V.I., Nikol'sky K.S., Minsker K.S., Kolesov S.V. Cellulose, cellulose esters and plastic masses based on them. Vladimir: Polimersintez. 2002. 56 p. (in Rus-sian).
GOST 3914-89. Bleached sulfite pulp from softwood. Specifications. M.: Izd-vo standartov. 1989. 8 p. (in Rus-sian).
GOST 5982-84. Viscose sulfite pulp. Specifications. M.: Izd-vo standartov. 1986. 6 p. (in Russian).
GOST 24299-80. Viscose sulphate pulp. Specifications. M.: Izd-vo standartov. 1982. 4 p. (in Russian).
GOST 5186-88. Insulating sulphate pulp for capacitor, cable and transformer paper. Specifications. M.: Izd-vo standartov. 1988. 8 p. (in Russian).
GOST 12765-88. Unbleached sulphate insulating soft-wood pulp. Specifications. M.: Izd-vo standartov. 1988. 8 p. (in Russian).
GOST 16762-82. Prehydrolysis sulphate pulp for cord threads and high-modulus fibers. Specifications. M.: Izd-vo standartov. 1982. 4 p. (in Russian).
GOST 21101-83. Pre-hydrolysis sulphate cord pulp of cold refining. Specifications. M.: Izd-vo standartov. 1983. 4 p. (in Russian).
