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. Об исследовании сообщает Красноярский научный центр Сибирского отделения РАН.
Авторы исследования разработали новый экологически безопасный биоразлагаемый сорбционный материал из модифицированного арабиногалактана сибирской лиственницы. Полученный сорбент можно использовать для очистки воды от опасных загрязнителей.
Арабиногалактан присутствует в больших количествах в древесине лиственницы. Он 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.
Образцы арабиногалактана и его производных. Фотография со сканирующего электронного микроскопа
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 старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Юрий Маляр.
Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers.