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 117
- Downloads 0
Biological value of dogfish protein.
Background. Fish industry of Ukraine set the task to increase production volumes and reduce import dependancy of the consumer market. Black Sea dogfish is valuable raw materials for the domestic market of fish goods, its...
Li-batteries: electrochemical intercalation of fluorocomplex anions into carbon nanotubes
Постановка проблеми. У сучасному мобільному суспільстві літій-йонні акумулятори широко використовуються в електронній цифровій техніці, переважно в мобільних телефонах і портативних комп’ютерах. Найбільш важливою про¬бле...
TRENDS IN THE DEVELOPMENT OF THE UKRAINIAN INSURANCE MARKET
The article is devoted to the analysis of tendencies of development of the insurance market of Ukraine. The author analyzes the dynamics of the number of domestic insurance companies, presents the insurance company leade...
ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ НОВИХ ВИДІВ ПАКУВАЛЬНОГО ПАПЕРУ
Розроблено нові види пакувального паперу. Наведено результати дослідження його оптичних властивостей. Охарактеризовано вплив розмірів і співвідношення різних видів целюлози, а також масової частки наповнювача каоліну на...
Physical and technical properties of porous non-metallic materials saturated with silicone compounds.
Background. As porous nonmetallic materials (limestone, coquina, tuff, sandstone) are used at all stages of the buildings construction (for walls masonry and interior decoration), they should have high physical and techn...