Исследователи Красноярского научного центра СО РАН разработали способ преобразования отходов деревообработки – опилок сибирской ели (Picea obovata) – в эффективный экологичный сорбент для удаления тяжелых металлов из воды. Основой материала стал природный биополимер галактоглюкоманнан, выделенный из древесины.
«Идея принадлежит Юрию Николаевичу Маляру, это старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН в городе Красноярске. Это его проект, и я под его началом выполнял работу в рамках этого проекта. Те результаты, которые мы опубликовали, — это, на самом деле, лишь промежуточный этап в рамках большой работы, которая выполняется по планам гранта Российского научного фонда. Изначальная идея Юрия Николаевича была в том, чтобы создать полиэлектролитные комплексы: выделить из растительного сырья полисахариды, затем их модифицировать, навесить катионные производные, заряженные положительно группы, и модифицировать полисахарид, чтобы получить еще и отрицательно заряженные группы. Потом это все вместе совместить в один большой комплекс», — рассказал корреспонденту «Научной России» младший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Владислав Александрович Ионин.
Исходный полимер галактоглюкоманнан, выделенный из древесины, обладает слабой способностью связывать токсичные ионы. Красноярские ученые значительно усилили его свойства с помощью TEMPO-катализируемого окисления. Этот процесс преобразует нейтральные гидроксильные группы в активные карбоксильные, которые эффективно притягивают ионы тяжелых металлов благодаря отрицательному заряду.
«Идея использовать это как сорбент возникла сама собой, потому что мы изучали литературу и смотрели, где могут применять анионно-заряженные полисахариды и катионные производные. Соответственно, возникла идея попробовать связать их с металлами и применить для очистки, например, сточных вод. А также это может быть использовано в медицинской промышленности. В мире существует постоянное перераспределение ресурсов: мы добываем металлы — никель, палладий, золото — им сопутствуют другие, не самые хорошие ионы, которые попадают в продукты потребления и так или иначе в тело человека через пищу», — добавил В.А. Ионин.
Модифицированный сорбент продемонстрировал высокую эффективность в поглощении свинца, меди, кадмия и железа даже в условиях комплексного загрязнения. Его сорбционная емкость превысила показатели некоторых известных полимерных материалов. Тяжелые металлы, накапливаясь в водоемах и почвах даже в малых концентрациях, представляют серьезную угрозу для экосистем и здоровья человека, попадая в пищевые цепи.
«Очень большое количество тяжелых металлов попадает в организм. Иногда это проходит насквозь, если человек питается правильно и следит за диетой, а кому-то нужна дополнительная стимуляция, чтобы почистить организм. В этом может помочь подобный полисахарид. По сути он природного происхождения, нетоксичен, не оказывает токсичного действия. Поскольку он высоко растворим в воде, он может приниматься с каким-нибудь активным агентом и образовывать комплекс уже в организме, в слабокислой среде, что будет наиболее желательно», — заключил В.А. Ионин.
Исследование поддержано Российским научным фондом (проект № 22-73-10212). Подобные разработки могут стать основой для планируемого в регионе научно-производственного кампуса. Интеграция фундаментальных исследований с промышленными предприятиями позволит ускорить внедрение технологий переработки угля.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
