СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ИОНООБМЕННИКОВ НА ОСНОВЕ НЕДРЕВЕСНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Аннотация
Предложена рациональная схема переработки крупнотоннажных агропромышленных отходов – скорлупы грецкого ореха Juglans Regia L. и косточек абрикоса Prunus Armeniaca L. На первом этапе сырье подвергается делигнификации с применением жидкого аммиака для удаления гемицеллюлоз и лигнина. Выделенная недревесная целлюлоза подвергалась химическому модифицированию с целью повышения сорбционных и ионообменных свойств. Для синтеза анионитов целлюлоза повергалась аминированию с использованием пиридина или триметиламина после предварительной обработки последовательно формалином и C2H5OH в среде HCl. В результате были получены сильно- и слабоосновные иониты с содержанием азота 10,3–11,5% и высокой обменной емкостью по многим классам неорганических анионов. Для синтеза катионитов целлюлоза обрабатывалась рабочим раствором, состоящим из 20% H3PO4, 40% CO(NH2)2 и 40% H2O. В результате были получены фосфорсодержащие сильнокислотные катиониты, обладающие емкостью по тяжелым металлам 5,5–8,6 ммоль∙см–3, Оба типа ионообменников обладают высокой емкостью по отношению к урану – анионит 4,25 ммоль∙см–3, катионит – 4,94 ммоль∙см–3. Средний суммарный выход ионообменников в пересчете на воздушно-сухое исходное сырье составлял 90%. Синтезированные ионообменники охарактеризованы методам ИК спектроскопии. Установлено наличие аминных функциональных групп –NH2 в аминированной целлюлозе, фосфорноэфирных групп –OPO(OH)2 в фосфорилированной целлюлозе. Установлены площадь удельной поверхности и полной статической обменной емкости синтезированных ионообменников. Предложен экологически целесообразный способ утилизации отработанных растворов синтеза катионитов с получением жидкого комплексного удобрения, содержащего 17% N и 13,9% P2O5. Использование данного удобрения для подкормки зерновых культур повышает длину растений на 40–75%, а также общий прирост биомассы на 20–30%.
Литература
Rubleva N.V., Lebedeva E.O., Afineevskii A.V., Voronova M.I., Surov O.V., Zakharov A.G. Production of cellulose nanocrystals by hydrolysis in mixture of hydro-chloric and nitric acids. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [Russ. J. Chem. & Chem. Tech.]. 2019. V. 62. N 12. P. 8593. DOI: 10.6060/ivkkt.20196212.5984.
Eletskii P.M., Yakovlev V.A., Parmon V.N. Modern approaches to the production of carbon materials from vegetable biomass. Theor. Exp. Chem. 2011. V. 47. P. 139-154. DOI: 10.1007/s11237-011-9195-9.
Puzii A.M. Methods of production, structure, and physicochemical characteristics of phosphorylated carbon ad-sorbents. Theor. Exp. Chem. 2011. V. 47. P. 277-291. DOI: 10.1007/s11237-011-9216-8.
Kudratov A.M., Salimov Z.S. The elaboration of technol-ogy of preparation of adsorption ion exchange materials in the basis of rice waste. Russ. J. Appl. Chem. 2010. V. 83. P. 562-568. DOI: 10.1134/S1070427210030341.
Efanov M.V., Averin R.Y. Peroxide-Ammonia Delignification of Pine Wood. Chem. Nat. Comp. 2004. V. 40. P. 172-175. DOI: 10.1023/B:CONC.0000033939.81490.d2.
Efanov M.V., Klepikov A.G. Preparation of N-containing lignocarbohydrates. Chem. Nat. Comp. 2001. V. 37. P. 80-82. DOI: 10.1023/A:1017666913519.
Ergozhin E.E., Bektenov N.A., Mekebaeva A.K., Chopabaeva N.N. Preparation of phosphoric-carboxylic cation exchangers from wood cellulose. Chem. Nat. Comp. 2003. V. 39. P. 299-302. DOI: 10.1023/A:1025486922276.
Ubaidullaev B.K., Kudratov A.M., Salimov Z.S. Preparation and ion-exchange properties of P-containing cellulose derivatives from certain plant species. Chem. Nat. Comp. 2004. V. 40. P. 410-411. DOI: 10.1023/B:CONC.0000048261.95951.e1.
Illy N., Fache M., Ménard R., Negrell C., Caillol S., David G. Phosphorylation of bio-based compounds: the state of the art. Polymer Chem. 2015. V. 35. P. 6257-6391. DOI: 10.1039/C5PY00812C.
Obolenskaya A.V., Elnit-skaya Z.P., Leonovich A.A. Laboratory works on the chemistry of wood and cellulose. M.: Ekologiya. 1991. 320 p. (in Russian).
Hegyesi N., Vada R.T., Pukánszky B. Determina-tion of the specific surface area of layered silicates by methylene blue adsorption: The role of structure, pH and layer charge. Appl. Clay Sci. 2017. V. 146. P. 50-55. DOI: 10.1016/j.clay.2017.05.007.
Tanaka Y. Ion exchange membranes: fundamentals and application. Amsterdam: Elsevier Science. 2015. 492 p.
Mather R.R., Wardman R.H. The Chemistry of Textile Fibres. Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2015. 472 p.
Crompton T.R. Organic compounds in soils, sediments & sludges: analysis and determination. Boca Raton: CRC Press. 2013. 268 p.
Nepenin N.N., Nepenin Yu.N. Pulp technology. Volume III. Pulp cleaning, drying and bleaching. Other methods of cellulose producing. M.: Ekologiya. 1994. 592 p. (in Russian).
Mineev V.G. Workshop on agrochem-istry. M.: Izd. dom MGU. 2001. 689 p. (in Russian).
Hassan S.S., Williams G.A., Jaiswal A.K. Emerging technologies for the pretreatment of lignocellulosic biomass. Biores. Tech. 2018. V. 262. P. 310-318. DOI: 10.1016/j.biortech.2018.04.099.
Pugacheva I.N., Karmanov A.V., Zueva S.B., De Michelis I., Ferella F., Molokanova L.V., Vegliò F. Heavy metal removal by cellulose-based textile waste product. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [Russ. J. Chem. & Chem. Tech.]. 2020. V. 63. N 2. P. 105110. DOI: 10.6060/ivkkt.20206302.6098.
Teixeira S., Delerue-Matos C., Santos L. Removal of sulfamethoxazole from solution by raw and chemically treated walnut shells. Environ. Sci. Pollut. Res. 2012. V. 19. P. 3096-3106. DOI: 10.1007/s11356-012-0853-9.
Karmanov A.P., Derkacheva O.Yu. Applica-tion of IR Fourier spectroscopy for the study of lignins of herbaceous plants. Khimiya Rastit. Syr'ya. 2020. V. 16. P. 61-70 (in Russian).
Kakhramanov N.T., Gadjieva R.Sh., Gahramanly J.N., Arzumanova N.B. Sorption of heavy metals by multi-component foam polymer sorbents. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [Russ. J. Chem. & Chem. Tech.]. 2019. V. 62. N 5. P. 110117 DOI: 10.6060/ivkkt.20196205.5769.
