Красноярские ученые синтезировали новые сорбенты на основе арабиногалактана древесины лиственницы, модифицированного карбоновыми кислотами. Полученные материалы экологически безопасны, легко разлагаются и могут собирать более 80% загрязнений поверхностных и подземных вод. Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers.
Образец арабиногалактана. Фото Анастасии Тамаровской / ФИЦ КНЦ СО РАН
Промышленные, сельскохозяйственные, медицинские и бытовые загрязнения стали основными угрозами окружающей среде. Тяжелые металлы, красители и пестициды относятся к наиболее стойким и опасным загрязнителям, особенно для поверхностных и подземных вод.
Красноярские ученые из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и СФУ разработали новый экологически безопасный биоразлагаемый сорбционный материал из модифицированного арабиногалактана лиственницы сибирской Larix sibirica Ledeb. Полученный сорбент можно использовать для очистки воды от опасных загрязнителей.
Арабиногалактан присутствует в больших количествах в древесине лиственницы. Этот вид широко распространен в лесах Сибири и Северной Америки. Арабиногалактан обладает такими ценными свойствами, как биоразлагаемость и растворимость в воде, высокая биологическая активность, низкая токсичность, простота переработки и дешевизна. Эти характеристики делают материал хорошей основой для синтеза пленок, покрытий и сорбционных материалов.
Для получения новых композитов исследователи модифицировали арабиногалактан лиственницы сибирской нетоксичными, недорогими и доступными многоосновными карбоновыми кислотами: лимонной, янтарной, щавелевой и адипиновой. После материал подвергался дополнительной обработке: нагреву либо лиофилизации, которые также оказали значительное влияние на его эффективность. Термообработка приводит к образованию более плотного материала за счет дополнительных молекулярных связей между кислотами и молекулами арабиногалактана. Лиофилизация изменяет структуру материала, делая ее более пористой. Ученые отмечают, что такая модификация обеспечивает формирование структур с развитой внутренней поверхностью, которые активно сорбируют вещества из воды и легко разлагаются, в том числе перерабатываются микроорганизмами.
Возможность использования нового материала для очистки воды зависит от его способности поглощать загрязняющие вещества. Ученые проверили эту характеристику на специальном маркере, имитирующем загрязнители, – красителе метиленовом синем. Результаты показали, что новые производные арабиногалактана с карбоновыми кислотами можно использовать в качестве перспективных сорбентов. Среди полученных образцов особо выделяется арабиногалактан, модифицированный янтарной кислотой и впоследствии замороженный. За три часа он поглотил более 80% метиленового синего из водного раствора. Чуть менее эффективны оказались сорбенты на основе адипиновой, лимонной и янтарной кислот, подвергшиеся нагреву, – они поглощали около 70% модельного загрязнителя.
«Сорбенты используются для удаления из воды токсичных загрязнителей. Этот способ зарекомендовал себя как эффективный и дешевый. Природные сорбционные вещества на основе полисахаридов являются перспективными материалами для очистки сточных вод и почвы от ионов металлов и других загрязняющих веществ как с экологической, так и с экономической точки зрения. Мы разработали новый экологически безопасный метод модификации и получения новых композитов на основе арабиногалактана древесины лиственницы сибирской. На его основе можно создавать экологически чистые материалы для использования в качестве носителей лекарственных средств, сорбентов и средств водоподготовки. Сорбционные вещества на его основе полностью безопасны для окружающей среды и не уступают по своим характеристикам традиционным сорбентам», — отметил Юрий Маляр, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН.
Исследование подержано Российским научным фондом (проект №. 22-73-10212).
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
