Почтовый адрес: 163000, ОПС Архангельск, бокс 249, САФУ, Редакция "Лесной журнал".

Адрес местонахождения: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 17, САФУ, Редакция "Лесной журнал", ауд. 1425.

Тел.: 8(8182) 21-61-18
Сайт: http://lesnoizhurnal.ru/ 
e-mail: forest@narfu.ru

RussianEnglish



архив

Характеристика сорбционных материалов на основе целлюлозы из недревесного растительного сырья. C. 180–194

 Версия для печати

А.П. Карманов, Л.С. Кочева, А.В. Вураско, Н.Г. Рачкова, В.А. Демин

Рубрика: Технология химической переработки древесины и производство древесно-полимерных композитов

Скачать статью (pdf, 0.6MB )

УДК

676.017.7; 544.723

Аннотация

Рассматриваются проблемы, связанные с использованием различных видов недревесного растительного сырья для создания новых сорбентов на основе целлюлозы. Цель работы – получить новые данные о структурных особенностях и сорбционных свойствах недревесных целлюлоз в отношении тяжелого естественного радионуклида урана-238. Образцы целлюлозы были выделены из соломы ржи Secale, пшеницы Triticum, овса Avena sativa, а также стеблей борщевика Heracleum Sosnowskyi и бурых водорослей Laminaria digitata. При изучении растительного сырья установлено, что по содержанию целлюлозы злаковые растения почти не уступают древесным растениям, и ее содержание в ксилеме колеблется в диапазоне 45–49 %. С помощью метода ИК-Фурье спектроскопии установлено, что все целлюлозы травянистых растений обладают практически идентичной химической структурой. Методом низкотемпературной адсорбции азота исследована поверхностно-пористая структура целлюлоз. На основе анализа поведения при адсорбции азота был сделан вывод, что все исследованные образцы следует относить к мезопористым материалам с низкой удельной площадью поверхности. Установлены основные закономерности процессов адсорбции урана-238 из водных сред с его низкой концентрацией (0,750 мкг/мл). Обнаружено, что образцы исследуемых целлюлоз характеризуются прочным удержанием урана-238, значительное количество которого (до 90 %) не десорбируется ни водой, ни водными растворами CH3COONH4 и HCI (1 М). Установлена корреляционная взаимосвязь между параметрами поверхностно-пористой структуры и показателями адсорбции-десорбции. Целлюлоза из борщевика, обладающая наиболее высокой удельной площадью поверхности, может быть рекомендована для очистки водных сред от микроколичеств радионуклида урана-238. Полученные результаты свидетельствуют о высоком инновационном потенциале целлюлоз из недревесных растений.

Финансирование: Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 22-13-00196-П, https://rscf.ru/en/project/22-13-00196/.

Сведения об авторах

А.П. Карманов1*, д-р хим. наук, проф.; ResearcherID: P-1981-2015, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6871-5684
Л.С. Кочева2, д-р хим. наук; ResearcherID: ABA-7343-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4701-3453
А.В. Вураско3, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: AAC-5594-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9471-085X
Н.Г. Рачкова1, канд. биол. наук; ResearcherID: P-9855-2015, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7966-7945
В.А. Демин4, д-р хим. наук, проф.; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3455-0281
1Институт биологии Коми научного центра УрО РАН, г. Сыктывкар, Россия; apk0948@yandex.ru*, rachkova@ib.komisc.ru
2Институт геологии Коми научного центра УрО РАН, г. Сыктывкар, Россия; karko07@mail.ru
3Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург, Россия; vurasko2010@yandex.ru
4Сыктывкарский лесной институт, г. Сыктывкар, Россия; spiritsfolks@gmail.com

Ключевые слова

целлюлоза, недревесное сырье, сорбция-десорбция, уран-238, удельная площадь поверхности

Для цитирования

Карманов А.П., Кочева Л.С., Вураско А.В., Рачкова Н.Г., Демин В.А. Характеристика сорбционных материалов на основе целлюлозы из недревесного растительного сырья // Изв. вузов. Лесн. журн. 2026. № 5. С. 180–194. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-5-180-194

Литература

  1. Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров. СПб.: СПбЛТА, 1999. 628 с. 

  2. Вураско А.В., Агеев M.A., Сиваков В.П. Получение и свойства технической целлюлозы из борщевика окислительно-органосольвентным способом // Химия растит. сырья. 2022. Вып. 1. С. 289–298. https://doi.org/10.14258/jcprm.20220110121

  3. Вураско А.В., Артемов А.В., Агеев М.А., Бурындин В.Г., Ершова А.С., Савиновских А.В., Шестаков Д.И., Сиваков В.П., Первова И.Г., Маслакова Т.И., Патракова Е.Ю., Мусихин Е.К., Клепалова И.А., Шерстобитов А.Л., Канарский А.В., Мингазова Л.А., Крякунова Е.В., Канарская З.А., Казаков Я.В., Хоанг М.К., Смирнова Е.Г., Малиновская Г.К., Малютина Д.И., Симонова Е.И., Кейзер П.М. Материалы из нетрадиционных видов волокон и сопутствующие продукты: технологии получения, свойства, перспективы применения: моногр. / под. ред. А.В. Вураско. Екатеринбург: Уральск. гос. лесотехн. ун-т, 2024. 195 с. 

  4. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 с. 

  5. Осипов П.С., Аким Г.Л., Белодубровский Р.Б., Буров А.В. Технология целлюлозно-бумажного производства: в 3 т. Т. I. Сырье и производство полуфабрикатов. Ч. 2. Производство полуфабрикатов. СПб.: Политехника, 2003. 633 с. 

  6. Смирнова Е.Г., Лоцманова Е.М., Журавлева Н.М., Резник А.С., Вураско А.В., Дрикер Б.Н., Минакова А.Р., Симонова Е.И., Сиваков В.П., Первова И.Г., Маслакова Т.И., Казаков Я.В., Севастьянова Ю.В., Коптяев В.В., Дернова Е.В., Канарский А.В., Дулькин Д.А., Щербак Н.В., Дубовый В.К. Материалы из нетрадиционных видов волокон: технологии получения, свойства, перспективы применения: моногр. / под ред. А.В. Вураско. Екатеринбург: Уральск. гос. лесотехн. ун-т, 2020. 252 с. 

  7. Abidi N., Cabrales L., Haigler C.H. Changes in the Cell Wall and Cellulose Content of Developing Cotton Fibers Investigated by FTIR Spectroscopy. Carbohydrate Polymers, 2014, vol. 100, pp. 9–16. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.01.074

  8. Ahmed B., Ahmad Z., Ihsan A., Khan M.A., Fazal T. Biomaterials as Promising Biosorbents for Efficient Uranium Extraction from Seawater: A Comprehensive Review. Separation and Purification Technology, 2024, vol. 338, art. 126507. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.126507

  9. Altaner C.M., Thomas L.H., Fernandes A.N., Jarvis M.C. How Cellulose Stretches: Synergism between Covalent and Hydrogen Bonding. Biomacromolecules, 2014, vol. 15(3), pp. 791–798. https://doi.org/10.1021/bm401616n

  10. Bogolitsyn K., Parshina A., Karmanov A., Kocheva L., Rachkova N., Polomarchuk D. Sorption of Uranium and Thorium by Cellulose Complexes of Arctic Brown Algae. Journal of Applied Phycology, 2023, pp. 1813–1819. https://doi.org/10.1007/s10811-023-02976-3

  11. de Oliveira Paula E.A., de Melo R.R., Pedrosa T.D., de Albuquerque F.B., da Silva F.M., Pimenta A.S. Potential of Non-Wood Fibers as Sustainable Reinforcements for Polymeric Composites – A Review. Forest Science, 2023, pp. 123–150. https://doi.org/10.1007/978-981-99-2846-0_6

  12. Dubrovsky N.M., Morin K.A., Cherry J.A., Smyth D.J.A. Uranium Tailings Acidification and Subsurface Contaminant Migration in a Sand Aquifer. Water Quality Research Journal, 1984, vol. 19, iss. 2, pp. 55–89. https://doi.org/10.2166/wqrj.1984.016

  13. Gilarrahz M.A., Oliet M., Rodriguez F., Tijero J. Ethanol‐Water Pulping: Cooking Variables Optimization. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 1998, vol. 76, iss. 2, pp. 253–260. https://doi.org/10.1002/cjce.5450760213

  14. Gröndahl J., Karisalmi K., Vapaavuori J. Micro- and Nanocelluloses from Non-Wood Waste Sources; Processes and Use in Industrial Applications. Soft Matter, 2021, vol. 17, pp. 9842–9858. https://doi.org/10.1039/D1SM00958C

  15. Jahan S., Rukhsana B., Baktash M.M., Ahsan L., Fatehi P., Ni Y. Pulping of Non-Wood and Its Related Biorefinery Potential in Bangladesh: A Review. Current Organic Chemistry, 2013, vol. 17, iss. 15, pp. 1570–1576. https://doi.org/10.2174/13852728113179990065

  16. Kamarian S., Song J.I. Review of Literature on Eco-Friendly Sandwich Structures Made of Non-Wood Cellulose Fibers. Journal of Sandwich Structures & Materials, 2022, vol. 24, iss. 3, pp. 1653–1705. https://doi.org/10.1177/10996362211062372

  17. Karmanov A.P., Shaposhnikova L.M., Kocheva L.S., Rachkova N.G., Belyy V.A., Lutoev V. Structural Features of Stress Lignin of Aspen (Populus tremula L.) Growing under Increased Background Radiation. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 2023, vol. 50, art. 102677. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2023.102677

  18. Kartel M.T., Strelko V.V., Stavitskaya S.S., Mardanenko V.K., Kupchik L.A. Combined Adsorption Preparations from Active Carbons, Clay Minerals and Natural Plant Products. Combined and Hybrid Adsorbents. Ed. by J.M. Loureiro, M.T. Kartel. Dordrecht, Springer, 2006, pp. 165–180. https://doi.org/10.1007/1-4020-5172-7_17

  19. Liesch T., Hinrichsen S., Goldscheider N. Uranium in Groundwater – Fertilizers versus Geogenic Sources. Science of the Total Environment, 2015, vol. 536, pp. 981–995. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.05.133

  20. Mironova D.Y., Varadarajan V., Timakhovich I.V., Barakova N.V., Tokbaeva A.A., Rumiantceva O.N., et al. Methods of Commercialization and Usage of Sosnovsky Hogweed Processing. Recycling, 2022, vol. 7, iss. 5, art. 77. https://doi.org/10.3390/recycling7050077

  21. Neitzel N., Hosseinpourpia R., Walther T., Adamopoulos S. Alternative Materials from Agro-Industry for Wood Panel Manufacturing – A Review. Materials, 2022, vol. 15, iss. 16, art. 4542. https://doi.org/10.3390/ma15134542

  22. Patel D.K., Dutta S.D., Lim K.-T. Nanocellulose-Based Polymer Hybrids and Their Emerging Applications in Biomedical Engineering and Water Purification. RSC Advances, 2019, vol. 9, iss. 33, pp. 19143–19162. https://doi.org/10.1039/C9RA03261D

  23. Pennells J., Godwin I.D., Amiralian N., Martin D.J. Trends in the Production of Cellulose Nanofibers from Non-Wood Sources. Cellulose, 2020, vol. 27, pp. 575–593. https://doi.org/10.1007/s10570-019-02828-9

  24. Sharma H., Kaith B.S., Kumar R., Mehra R., Bhatti M.S. Fabrication of Cellulose-Collagen Based Biosorbent as Eco-Friendly Scavengers for Uranyl Ions. International Journal of Biological Macromolecules, 2024, vol. 266, part 2, art. 131400. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131400

  25. Talari A.C.S., Garcia Martinez M.A., Movasaghi Z., Rehman S., Rehman I.U. Advances in Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy of Biological Tissues. Applied Spectroscopy Reviews, 2017, vol. 52, iss. 5, pp. 456–506. https://doi.org/10.1080/05704928.2016.1230863

  26. Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., et al. Physisorption of Gases, with Special Reference to the Evaluation of Surface Area and Pore Size Distribution (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 2015, vol. 87, no. 9-10, pp. 1051–1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117

  27. Vaaramaa K., Pulli S., Lehto J. Effects of pH and Uranium Concentration on the Removal of Uranium from Drinking Water by Ion Exchange. Radiochimica Acta, 2000, vol. 88, no. 12, pp. 845–850. https://doi.org/10.1524/ract.2000.88.12.845

  28. Ventura-Cruz S., Tecante A. Nanocellulose and Microcrystalline Cellulose from Agricultural Waste: Review on Isolation and Application as Reinforcement in Polymeric Matrices. Food Hydrocolloids, 2021, vol. 118, art. 106771. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106771