Красноярские ученые совместно с коллегами из Китая создали биополимер из березовой древесины. В будущем из него смогут делать экологичную упаковку для продуктов.
Исследователи Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук (КНЦ СО РАН) и Южно-Китайского технологического университета (Гуанчжоу, Китай) получили устойчивые к разрыву пленки из ксилана, содержащегося в березовой древесине. Это вещество могут использовать для изготовления пищевой упаковки или оболочек для контролируемого высвобождения пестицидов и удобрений. Ранее сделать что-то подобное было невозможно из-за растрескивания пленок при кристаллизации. Проблему решили, добавив раствор лигнина — биополимера, обеспечивающего одеревенение стенок растительных клеток. В итоге у ученых получились цельные неразрывные пленки.
«Специалисты изучили влияние химической структуры на кристаллизационную и пленкообразующую способности ксиланов древесины березы и выяснили, что содержание лигнина более 9% уменьшает чрезмерную агрегацию молекул и тем самым повышает прочность на разрыв и растяжение», — сообщило издание СО РАН «Наука в Сибири» со ссылкой на пресс-службу КНЦ СО РАН.
Полученные пленки имели большую прочность на разрыв и растяжение.
«Лигнин может выступать в качестве примеси для предотвращения агрегации ксилана, а высокое содержание лигнина способствует образованию устойчивой пленки. Однако его добавление может сказываться на механических характеристиках вещества, что также стоит учитывать», — отметил соавтор исследования, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии КНЦ СО РАН, доцент Сибирского федерального университета (СФУ) Александр Казаченко.
Еще одна недавняя высокоэкологичная разработка ученых Красноярского научного центра СО РАН и СФУ — сорбенты для очистки сточных вод из полисахарида древесины лиственницы (Larix sibirica Ledeb), модифицированного карбоновыми кислотами.
«Для получения новых композитов красноярские исследователи модифицировали арабиногалактан (полисахарид, входящий в состав камедей покрытосеменных и некоторых голосеменных – ИФ) лиственницы сибирской нетоксичными, недорогими и доступными многоосновными карбоновыми кислотами: лимонной, янтарной, щавелевой и адипиновой», — рассказали в пресс-службе КНЦ СО РАН.
Затем, получившийся материал подвергался дополнительной обработке: нагреву либо лиофилизации.
«Термообработка приводила к образованию более плотного материала за счет дополнительных молекулярных связей между кислотами и молекулами арабиногалактана. Лиофилизация же изменяла структуру материала, делая ее более пористой», — пояснили в КНЦ.
Вещество способно активно сорбировать вещества из воды и легко разлагается, в том числе перерабатываются микроорганизмами.
Способность получившихся сорбентов поглощать загрязнения проверили на специальном маркере, имитирующем загрязнители — красителе метиленовом синем, который еще называют «синькой». Результаты показали, что новые соединения хорошо справляются с этой задачей. 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 сорбенты на основе адипиновой, лимонной и янтарной кислот, подвергшиеся нагреву — они поглощали около 70% модельного загрязнителя.
«Природные сорбционные вещества на основе полисахаридов являются перспективными материалами для очистки сточных вод и почвы от ионов металлов, других загрязняющих веществ как с экологической, так и с экономической точки зрения», — сказал старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Юрий Маляр.
По его словам, на основе разработанного учеными нового метода 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», — подчеркнул специалист.
Также экологичный сорбент для очистки сточных вод синтезировали ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) и Института металлургии Уральского отделения РАН. Статья с описанием научной работы опубликована в журнале Hydrometallurgy.
В основу сорбента вошел глинистый минерал — монтмориллонит, традиционно использующийся в сорбционных технологиях. На первом этапе минерал модифицировали наночастицами магнетита.
«Это утяжелило мелкие и легкие частицы монтмориллонита и позволило затем без труда осадить их вместе с адсорбированным хромом, приложив магнитное поле», — сообщил научный сотрудник УрО РАН Денис Ординарцев.
Далее в структуру минерала ввели молекулу основного сорбционного элемента, селективного по отношению к хрому. Благодаря этому сорбционная емкость материала увеличилась в пять раз, до 98-99%.
Слои сорбента в водном растворе, содержащем хром, «сжимаются», удерживая частицы хрома. «Вернуть» хром из сорбента можно, добавив в раствор щелочь. Остатки хрома в воде адсорбируются веществом (золь железа), в результате чего водный раствор достигает качества водопроводной воды.
«Мы получили две группы хромсодержащих веществ — чистые соединения хрома и хромисто-железный концентра. Чистые соединения хрома необходимы, к примеру, для изготовления нержавеющей и хромированной стали, электроизоляционного и антикоррозионного покрытий, в авиакосмической промышленности и даже при производстве кожаных изделий. Хромисто-железный концентрат используется, в том числе, в легировании железа для получения, например, хромистых чугунов», — отметила соавтор статьи, сотрудник УрФУ Светлана Эстемирова.
Таким образом технология переработки хромсодержащих отходов становится безотходной.
Сорбент испытали на сточных водах одного из предприятий региона. Результат оказался успешным.
