The sorption of ions heavy metals by technical lignins
Journal Title: Міжнародний науково-практичний журнал Товари і Ринки - Year 2016, Vol 1, Issue 21
Abstract
Постановка проблеми. У деяких галузях виробництва, наприклад, гальванічне одержання металів, видобуток корисних копалин, шкіряне виробництво тощо, відходи забруднюють водойми металами, що є серйозною екологічною проблемою. Важкі метали не піддаються біологічному розкладанню й накопичуються в живих організмах. Саме тому вкрай необхідні економічно ефективні сорбенти для очи¬щення водойм від таких відходів. Натуральні матеріали, які доступні у великих кількостях і практично не потребують попередньої обробки, а також певні побічні продукти промислових або сільськогосподарських виробництв, можуть використовуватися як недорогі сорбенти. Такими можуть бути кора дерев, хітин, водорості, рисове лушпиння, цеоліт, глина, торф, мох, кістковий желатин, сухе листя, лігнін тощо. Гідролізний лігнін – побічний продукт кислотного гідролізу деревини та відходів сільського господарства при одержанні сахаридів і їх похідних (ксиліту і фурфуролу) та етанолу. Він характеризується щільнішою структурою, має меншу кількість карбонільних і гідроксильних груп порівняно з технічними лігнінами. Останні отримують у вигляді відходів побічних продуктів при обробці дерева й інших видів біомаси з метою одержання целюлози або інших продуктів. Провідним промисловим процесом отримання целюлози є крафт-процес, у результаті якого виділяють крафт-лігнін. Одним із перспективних методів одержання чистого лігніну з менш зміненою природною структурою та нижчою молекулярною масою є метод, у якому використовується етанол як розчинник лігніну. У світі виробляють понад 50 млн т лігніну на рік. Ось чому росте інтерес до технологій його можливого використання, наприклад, як до сорбентів для очищення промислових стоків, що є перспективним напрямом дослідження. Мета роботи – дослідити сорбційні властивості лігнінів залежно від їх способу одержання і складу до йонів важких металів (Fe3+, Cu2+). Матеріали та методи. Дослідження проведено з чотирма типами лігнінів: • OS – лігнін, одержаний із дерев хвойних порід із використанням техно¬логії, в основі якої – екстракція водним етанолом, в присутності сульфатної кислоти як каталізатора; • KS-лігнін – із дерев хвойних порід за унікальною технологією LignoBoost (Innventia AB, Stockholm, Sweden); • AldS-лігнін – із дерев хвойних порід, наданий Sigma-Aldrich (Швеція); • ентегнін – ентеросорбент, основою якого є гідролізний лігнін (75 %) з добавкою картопляного крохмалю та кальцію стеарату. Дослідження сорбції йонів Fe3+, Cu2+ проведено з розчинів солей методами спектрофотометрії та йодометрії відповідно. Елементний аналіз (С, Н, N і S) досліджено на хроматографічному аналізаторі Flash EA 1112. Cередньочислові та середньовагові молекулярні маси (Mw, Mn), індекс полідисперсності (PDi) техніч¬них лігнінів визначено гель-проникаючою хроматографією. Кількість функціональ¬них груп (гідроксильних і карбоксильних) у лігніні – методом ЯМР 31Р. Результати дослідження. Встановлено, що вміст лігніну в зразках OS і KS різниться на 5.8 %, хоча це відбувається не за рахунок лігніну, розчинного в кислоті. KS містить менше золи, проте більше сахаридів. Індекс полідисперсності для OS і KS вище 1.1, що свідчить про полідисперсність лігнінів. Більша дисперс¬ність характерна для KS. Результати ЯМР 31Р показали, що вміст аліфатичних гідроксильних груп (OHаліф.) переважає в крафт-лігнінах, особливо в AldS у 1.4–3.2 раза. Разом з тим сумарна кількість фенольних гідроксильних груп (OHфен.) також більша в крафт-лігнінах, особливо для KS. OS містить меншу кількість карбоксильних груп (COOH). Результати дослідження сорбції йонів Fe3+, Cu2+ із модельних розчинів їх солей лігнінами свідчать, що всі типи досліджуваних лігнінів проявляють здатність до сорбції. Краще сорбуються із розчинів йони Fe3+. При однаковій концентрації розчинів сорбція йонів Fe3+ приблизно в п’ять разів більша, ніж йонів Cu2+. Найбільшу ефективність серед сорбентів проявляє AldS, який має підвищений вміст ОНаліф.. OS і ентегнін (ентеросорбент) мають значно меншу сорбційну здатність, майже в 1.5–2 рази. ОS характеризується нижчим вмістом гідроксильних груп (аліфатичних і фенольних), що, ймовірно, пояснює його невисоку сорбційну здатність. Ентегнін – через його процес виділення – має структуру, конденсовану з меншою кількістю функціональних груп, ніж крафт-лігнін. Сорбційну здатність технічних лігнінів і гідролізного лігніну (ентенгін) можна пояснити їх просторовою структурою, яка формується сумішшю тривимір¬них сітчастих полімерів і полідисперсністю. Підвищена сорбційна здатність йонів Fe3+, Cu2+ для AldS обумовлена великою кількістю OHаліф. Збільшена кількість сахаридів, яка підвищує полярність, теж приводить до зростання сорбції для KS. Висновки. Результати дослідження показують, що крафт-лігніни (KS, AldS), які містять більшу кількість полярних груп (ОНаліф., ОНфен. і карбоксильних груп), мають вищу сорбційну здатність, ніж OS і гідролізний лігнін. Це свідчить про те, що сорбція важких металів обумовлена не тільки просторовою структурою лігнінів (які є тривимірними, зшитими, ароматичними вуглеводними полімерами), а й наявністю різних полярних функціональних груп у технічних лігнінах. Вищий вміст аліфатич¬них гідроксильних груп у структурі лігніну відіграє вагому роль у процесі сорбції. Оскільки лігнінові сорбенти є природними продуктами, їх можна легко утилізувати після використання та спалювання, як зольні залишки.
Authors and Affiliations
Nadiіa Chykyn, Olena Sevastyanova, Bogdan Pasalskiy
Keywords
Related Articles
- EP ID EP185152
- DOI -
- Views 110
- Downloads 0
ECONOMIC EVALUATION OF PROCESSING OILSEED FLAX STEMS IN UKRAINE
Background. The absence of cheap domestic raw materials for light industry enterprises in Ukraine has led to a significant deterioration of its work in general and the decline of many industries. The organization of the...
ОПТИМІЗАЦІЯ СКЛАДУ ЇСТІВНОГО ПОКРИТТЯ ДЛЯ ЗБЕРЕЖЕННЯ СВІЖОСТІ ХЛІБОБУЛОЧНИХ ВИРОБІВ
Наведено результати впливу складу їстівного покриття на органолептичні, фізико-хімічні та структурно-механічні показники якості хлібобулочних виробів. За допомогою планування багатофакторного експерименту отримано рівнян...
TECHNOLOGY OF GOMBOVCI OF ENHANCED BIOLOGICAL VALUE FROM SOUR MILK CHEESE
Background. The study of food status of population of Ukraine testifies the tendency of its worsening. There is a deficit of vitamins (retinol, ascorbic acid, toсopherol, calciferol, thiamine, riboflavin), macro- and mic...
ЯКІСТЬ ПОСІЧЕНИХ М’ЯСНИХ ВИРОБІВ
Розроблено нові посічені м’ясні напівфабрикати з додаванням горохового борошна та шроту і борошна із зерен амаранту. Запропоновано використання кваліметричного методу оцінювання якості продукції. Доведено, що заміна част...
ELEMENTS OF FORMING QUALITY AND SAFETY OF CHILDREN'S SHOES
Background. Formation of quality and safety of children's shoes is ensured by the choice of shoe materials and compliance with technological regimes of shoe production, contributing to the competitiveness of domestic pro...