14 января 1991 года в Институте экологических проблем Севера Уральского отделения Академии наук СССР была создана лаборатория химии и использования технических лигнинов. Приказ был подписан в соответствии с решением научно-технического совета. Появление новой лаборатории было связано с необходимостью повышения эффективности научно-исследовательских работ в области утилизации и очистки лигнинсодержащих сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной промышленности.

Первым заведующим лаборатории был назначен Николай Иванович Афанасьев. В состав лаборатории вошли пять сотрудников: н.с. Елена Нахимовна Коробова, м.н.с. Светлана Борисовна Селянина, м.н.с. Светлана Егентьевна Тельтевская, м.н.с. Светлана Дмитриевна Форофонтова и инженер II категории Ольга Витальевна Дятлова. К концу 1991 года в лаборатории работало уже 11 человек, в том числе два кандидата и один доктор наук.

Тематика фундаментальных исследований на этапе становления лаборатории:

• превращение макромолекулярной структуры лигносульфонатов в процессе делигнификации;
• трансформация технических лигнинов в природных биопроцессах;
• разработка технологии получения направленного использования поверхностно-активных добавок на основе лигносульфонатов;
• структура и свойства технических и модифицированных лигнинов;
• направленное регулирование свойств лигнинов и вторичных продуктов переработки древесины;
• синтез и свойства наноструктур на основе лигнина.

В 1998 г заведующей лаборатории была назначена к.т.н. Татьяна Федоровна Личутина. С ее приходом в лаборатории стали активно развивать направление экологического совершенствования технологии переработки древесного сырья. Знания специалистов лаборатории востребованы и актуальны для ведущих предприятий ЦБП.

Сотрудники лаборатории трижды (в 1994, 2002 и 2006 гг.) становились победителями конкурса им. М.В.Ломоносова научно-исследовательских и внедренческих работ по охране окружающей среды Архангельской области. Награждены медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» Н.И. Афанасьев (указ Президента РФ № 1700 от 22.12.1999) и Т.Ф. Личутина (указ Президента РФ № 509 от 05.05.2005). В 2008 г к.х.н. Н.В. Селиванова стала лауреатом программы «Кандидаты наук. Выдающиеся ученые РАН». В разное время в лаборатории трудились д.т.н. Богомолов Б.Д., д.х.н. Макаревич Н.А., д.х.н. Хабаров Ю.Г., д.т.н. Пазухина Г.А., к.т.н. Прокшин Г.Ф., к.с-х.н. Мошкова Т.Б., с.н.с. Вишнякова А.П., с.н.с. Фесенко А.В.

В октябре 2009 года на основе лаборатории химии лигнина была образована лаборатория химии растительных биополимеров. Руководитель научного направления – д.х.н. Константин Григорьевич Боголицын; заведующая лабораторией – к.т.н. Мария Аркадьевна Гусакова. На сегодняшний день в составе лаборатории работают 17 человек, из них – один доктор и 13 кандидатов наук. Более половины сотрудников лаборатории – молодые ученые.

За время работы лаборатории ее сотрудники защитили 13 кандидатских и одну докторскую диссертации, опубликовали более 10 монографий и учебников. Результаты фундаментальных научных и прикладных исследований сотрудники лаборатории активно публикуют как в журналах из списка ВАК, так и в зарубежных журналах, входящих в 1 и 2 квартиль (Holzforschung, Sol-Gel science and technology, Microporous and mesoporous materials, Planta, Wood science and technology, Science of the total environment, Pure and applied chemistry, Phytochemical analysis). Также получено 14 патентов на изобретения.

Ведется активная экспедиционная деятельность в сотрудничестве в другими лабораториями Центра: полевые работы в Арктической зоне РФ, районах Архангельской области (Пинежский, Холмогорский, Приморский, Онежский, Коношский, Устьянский, Вельский, а также Кенозерском национальном парке), и других регионов РФ (Ненецкий автономный округ, Республика Коми, Республика Карелия, Северный Кавказ). Сотрудники лаборатории принимали участие в работе ежегодной комплексной экспедиции ИЭПС на Соловецкие острова. В 2012 году К.Г. Боголицын дал старт научно-образовательной морской экспедиции Арктический плавучий университет, проводимой на борту НИС «Профессор Молчанов», во время которой молодые ученые-исследователи Арктики, получают знания и навыки в реальных условиях северных морей.

Сотрудники лаборатории постоянно принимают участие в организации и работе конференций различного уровня. В 2011 г. на базе лаборатории проводилась Всероссийская конференция «Экоаналитика-2011» и Школа молодых ученых, посвященные 300-летию со дня рождения М. В. Ломоносова; в 2013 г. научно-практическая конференция «Эколого-аналитические аспекты нормирования и контроля качества сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной промышленности».

Выступления молодых сотрудников лаборатории неоднократно отмечались наградами за лучшие доклады на международных и всероссийских конференциях. По итогам 2016/2017 учебного года аспиранту лаборатории А.А. Красиковой была присуждена стипендия Губернатора Архангельской области.

Ученые участвуют в международных мероприятиях (конференции, семинары, стажировки). Международная деятельность также включает прием зарубежных ученых и работу по договорам, проектам, контрактами, заключенные с научными учреждениями Португалии, Австрии, Латвии, Беларуси, Финляндии.

Сотрудники лаборатории выполняют конкурсные проекты по программам Президиума и Отделения РАН, грантов РФФИ, РНФ, хоздоговорных работ с крупнейшими предприятиями, как региона, так и РФ.

На базе лаборатории в 2009 г. создан Центр коллективного пользования научным оборудованием КТ РФ «Арктика». В Целях интеграции академической науки и высшей школы совместно с САФУ действует НОЦ «Химия природных соединений (директор – д.х.н. К.Г. Боголицын). В работе лаборатории участвуют студенты федерального вуза.

Основные направлениями исследований:

• Комплексные теоретические и экспериментальные исследования процессов биосинтеза, строения, физико-химических свойств и реакционной способности природных полимерных матриц как нанобиокомпозитов.
• Разработка новых селективных методов выделения и анализа биологически активных соединений из природных полимерных матриц.
• Создание физико-химических основ получения полифункциональных гибридных наноматериалов на основе природных и синтетических полимеров.
• Комплексная биогеохимическая оценка экологического состояния объектов окружающей среды.
• Экспертно-консультационные услуги и экологическая экспертиза нанесенного ущерба.

Основные исследовательские результаты:

С использованием современных методических подходов и методов исследования структуры многокомпонентных природных матриц получены новые данные, расширяющие современные представления рассмотрение лигноуглеводной матрицы как суперпозиции взаимопроникающих полимерных наноструктур основных компонентов древесины, находящихся в состоянии термодинамической квазиравновесности.

Установлены и оценены особенности влияния геологических факторов территорий высоких широт на процессы биосинтеза, развития и ультраструктуры биообъектов. Показано, что стресс, возникающий у растений, произрастающих в условиях дизъюнктивных нарушений геологических структур, провоцирует избыточное генерирование активных кислородных радикалов, ведущих к деструкции клеточной структуры растений. В ответ включаются различные механизмы адаптации. Один путь адаптации связан с изменением структуры клеточной стенки растений (барьер), другой путь можно назвать функциональным, основанным на активации систем, обеспечивающих химическую детоксикацию активных форм кислорода и свободных органических радикалов.

Установлено, что в процессе жизненного цикла растений происходит функциональная трансформация компонентов древесного вещества, изменение функциональной природы лигнина – окисление фенольных структур с формированием редокс-системы «фенол – хинон» как основного химического барьера, что обеспечивает выполнение защитной функции – устойчивости древесной матрицы к окислительным процессам.

Изменения функциональной природы лигнинов под действием комплекса геоэкологических факторов, выраженные в содержании электроноакцепторных карбонильных групп, приводят к изменению параметров окислительного потенциала и свободной энергии окисления фенольных структур. Таким образом, наблюдаемые изменения позволяют рассматривать уже сформированную клеточную стенку как саморегулируемую на уровне макромолекулярной организации систему, позволяющую растению адаптироваться к изменению внешних условий.

Показан фармакологический потенциал эфирного масла можжевельника обыкновенного и экстрактов лишайниковых кислот из лишайника U. subfloridana, произрастающих в субарктическом регионе России. Определены оптимальные параметры процесса извлечения целевых компонентов, в том числе и с использованием метода сверхкритической флюидной экстракции с применением в качестве растворителя сверхкритического диоксида углерода.

Установлено что, в зависимости от половой принадлежности можжевельника обыкновенного, выход эфирного масла составляет 3,95 – 4,65 %. Основным компонентам эфирного масла как мужских, так и женских растений являются монотерпены, на долю которых приходится около 62,9 – 69,0 % от общей суммы компонентов.

Данная фракция углеводородов обуславливает биологическую активность эфирного масла. Наибольший ингибирующий эффект наблюдался для грамотрицательных палочковидных бактерий – Escherichia coli ATCC 25922. Полученный экстракт усниновой кислоты из эпифитного лишайника U. subfloridana оказывает антибактериальное действие по отношению к бактериальным культурам, сопоставимое с действием товарных антибиотиков.

Предложен новый подход к формированию «фуллереноподобных» углерод-азотных карбогелей на основе интерполиэлектролитного комплекса лигносульфонат - хитозан. Установлено, что карбогели наследуют морфологию комплекса-предшественника: сохраняются сферическая геометрия и размер частиц его основной фракции (40-55 нм) и карбонизата. Рассмотрено влияние температуры пиролиза на микропористую структуру карбонизата. С повышением температуры пиролиза удельная поверхность карбогелей снижается синбатно сод ержанию азота в них. Максимальная удельная поверхность (440 м²/г) соответствует карбогелю, полученному при температуре пиролиза 600 °С, при этом в структуре материала фиксируется до 4,5 % азота.

Получены новые фундаментальные знания о механизме интерполиэлектролитного взаимодействия в системе биополимеров альгинат натрия - хитозан, свойствах и морфологии образующихся гелей, позволяющие направленно конструировать на их основе полифункциональные материалы.

Впервые на основе интерполиэлектролитного комплекса альгинат натрия-хитозан синтезированы двухкомпонентные и композиционные аэрогельные материалы с развитой мезопористой структурой, площадь поверхности и объем пор которых достигают 400 м²/г и 1,9 см³/г соответственно.

Показана возможность использования полученных композиционных аэрогелей в биомедицине для создания раневых покрытий с включением антисептического лекарственного вещества (фурацилин). Кинетика высвобождения фурацилина из матрицы аэрогеля зависит от количества введенного карбоната кальция и адекватно описывается кинетической моделью Корсмейера-Пеппаса, учитывающей быстрое набухание матрицы и последующую медленную диффузию лекарственного вещества, лимитирующую процесс, что подтверждает способность полученного материала к контролируемому практически полному (до 95 %) высвобождению лекарственного вещества в течение пяти часов.