Модифицированный природный биополимер может стать сорбентом для очистки воды
Красноярские учёные предложили способ перерабатывать опилки сибирской ели в эффективный и экологичный материал для очистки воды от тяжёлых металлов. Благодаря химической обработке у окисленного природного биополимера из еловых опилок возросла активность поглощать токсичные ионы свинца, меди и кадмия. Результаты исследования опубликованы в журнале Antioxidants.
С ростом промышленной активности тяжёлые металлы, такие как свинец, кадмий, медь и железо, всё чаще накапливаются в почвах и водоёмах. Даже в малых концентрациях они токсичны, нарушают рост растений и могут проникать в пищевые цепи, угрожая здоровью человека и животных.
Специалисты ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» выделили из опилок сибирской ели (Picea obovata) природный биополимер — галактоглюкоманнан, который преимущественно содержится в древесине хвойных пород. В своей обычной форме он слабо связывает ионы тяжелых металлов, но исследователи сумели улучшить его свойства с помощью химической обработки.
Опилки ели
Авторы исследования применили TEMPO-катализируемое окисление — процесс, при котором нейтральные первичные гидроксильные группы, которые плохо взаимодействуют с металлами, превращаются в активные карбоксильные группы, легко притягивающие ионы тяжёлых металлов за счёт своего отрицательного заряда.
Сульфат меди голубой
В результате модифицированный сорбент значительно лучше справлялся с очисткой загрязнённой среды, даже если в ней присутствовали несколько токсичных металлов, по сравнению с исходным соединением. Модифицированный полимер поглощал свинец, кадмий, медь и железо, а его суммарная способность удерживать определённое количество вещества, оказалась выше, чем у некоторых других сорбционных полимерных материалов.
Биополимер из еловых опилок для очистки воды от токсичных ионов свинца, меди, кадмия
«Новая форма галактоглюкоманнана может стать основой для создания экологически чистых фильтров и сорбентов, способных эффективно бороться с загрязнением окружающей среды тяжелыми металлами. В результате окисления нейтральная основа исходного полисахарида переходит в отрицательно заряженное состояние, что влияет на способность связывать ионы металлов. Это может быть использовано при разработке новых адсорбционных материалов, таких как гидрогели и композитные плёнки, и найти свое применение в электродиализе и процессах обратного осмоса для удаления тяжёлых металлов из воды. Кроме того, синтезированный окисленный материал проявил более высокую антиоксидантную активность, что открывает перспективы его применения не только в экологии, но и в медицине, а также пищевой промышленности», — рассказывает старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН кандидат химических наук Юрий Маляр.
Юрий Маляр, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН
Исследование поддержано Российским научным фондом (проект № 22-73-10212). Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Источник: ФИЦ КНЦ СО РАН.
