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.

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, присутствующий в больших количествах в древесине лиственницы, 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 красноярские 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 повлияли на его эффективность. Термообработка приводила к образованию более плотного материала за счет дополнительных молекулярных связей между кислотами и молекулами арабиногалактана. Лиофилизация изменяла 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 с 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).

Источник: Красноярский научный центр СО РАН.