Ученые Красноярского научного центра СО РАН нашли способ переработки отходов деревообработки, а именно опилок сибирской ели (Picea obovata), в экологически безопасный и действенный сорбент для очистки воды от тяжелых металлов. В качестве основы материала используется природный биополимер галактоглюкоманнан, получаемый из древесины.
«Данная работа представляет собой лишь часть масштабного проекта, который финансируется Российским научным фондом и был разработан к.х.н. Юрием Николаевичем Маляром. Комплексный механизм, предполагающий глубокую химическую переработку отходов лесопереработки с целью получения широкого спектра востребованных веществ, был предложен. В рамках проекта наша команда выделила из древесного сырья перспективные полисахариды, которые затем были модифицированы до анионных или катионных производных (соединений с отрицательно или положительно заряженными функциональными группами). В дальнейшем планируется объединить полезные свойства полученных таким образом производных полисахаридов в одном полиэлектролитном комплексе, который будет содержать как анионные, так и катионные активные функциональные группы. Об этом корреспонденту «Научной России» рассказал младший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Владислав Александрович Ионин.
Галактоглюкоманнан, полимер, полученный из древесины, демонстрирует ограниченную способность к связыванию токсичных ионов тяжелых металлов. С помощью TEMPO-катализируемого окисления ученые из Красноярска смогли существенно улучшить этот показатель. В результате данной процедуры нейтральные гидроксильные группы модифицируются в активные карбоксильные, которые, благодаря своему отрицательному заряду, эффективно удерживают ионы тяжелых металлов.
«В предыдущей работе, посвященной TEMPO-окислению, мы исследовали возможность использования полученного окисленного полисахарида для очистки сточных вод, удаляя как ионы металлов, так и взвешенные частицы, и достигли заметных успехов. Однако новые результаты, полученные в ходе текущей работы, превзошли предыдущие, и в будущем их применение может быть весьма разнообразным. Вода является источником жизни, и ее очистка представляет собой важную экологическую задачу, особенно актуальную для промышленно развитых стран. Следует учитывать, что наибольшую опасность представляют не сами металлы, а их водорастворимые соли, которые различными путями попадают в продукты питания и в организм человека через воду.
Модифицированный сорбент показал высокую эффективность в удалении свинца, меди, кадмия и железа, даже при комплексном загрязнении. Его способность к поглощению превосходит характеристики некоторых распространенных полимерных материалов. Накопление тяжелых металлов в водных объектах и почвах, даже в небольших количествах, создает значительную опасность для экосистем и здоровья людей, поскольку они проникают в пищевые цепи.
«По словам В.А. Ионина, препараты, содержащие подобный полисахарид, способны помочь организму в выведении тяжелых металлов. Благодаря природному происхождению, он безопасен и не оказывает токсического воздействия, что позволяет использовать его вместе с другими активными веществами. В организме, особенно в слабокислой среде, такой как желудочно-кишечный тракт, он образует прочный, нерастворимый комплекс с металлами.
Данное исследование финансировалось Российским научным фондом (проект № 22-73-10212). Предлагаемые разработки могут послужить фундаментом для создания научно-производственного кампуса, планируемого в регионе. Объединение фундаментальных исследований и промышленных предприятий будет способствовать развитию технологий переработки углеродного сырья.
Материал создан при содействии Министерства науки и высшего образования Российской Федерации