С ростом промышленной активности тяжелые металлы, такие как свинец, кадмий, медь и железо, все чаще накапливаются в почвах и водоемах. Даже в малых концентрациях они токсичны, нарушают рост растений и могут проникать в пищевые цепи, угрожая здоровью человека и животных.
Ученые Красноярского научного центра СО РАН нашли способ превратить отходы деревообработки — в частности, опилки сибирской ели (Picea obovata) — в эффективный экологичный сорбент. Специалисты выделили из опилок природный биополимер — галактоглюкоманнан, который преимущественно содержится в древесине хвойных пород. В своей обычной форме он слабо связывает ионы тяжелых металлов, но исследователи сумели улучшить его свойства с помощью химической обработки.
Авторы исследования применили TEMPO-катализируемое окисление — при этом процессе нейтральные первичные гидроксильные группы, которые плохо взаимодействуют с металлами, превращаются в активные карбоксильные группы. Они легко притягивают ионы тяжелых металлов за счёт своего отрицательного заряда.
Юрий Маляр, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН. Источник: Анастасия Тамаровская / ФИЦ КНЦ СО РАН
В результате модифицированный сорбент значительно лучше справлялся с очисткой загрязненной среды, даже если в ней присутствовали несколько токсичных металлов, по сравнению с исходным соединением. Модифицированный полимер поглощал свинец, кадмий, медь и железо, а его суммарная способность удерживать определенное количество вещества, оказалась выше, чем у некоторых сорбционных полимерных материалов. Исследователи видят перспективу в создании композитных материалов — сочетаний окисленного галактоглюкоманнана с другими биоразлагаемыми веществами. Это может привести к появлению нового поколения эффективных, экологичных фильтров и адсорбентов.
«Новая форма галактоглюкоманнана может стать основой для создания экологически чистых фильтров и сорбентов, способных эффективно бороться с загрязнением окружающей среды тяжелыми металлами. В результате окисления нейтральная основа исходного полисахарида переходит в отрицательно заряженное состояние, что влияет на способность связывать ионы металлов. Это может быть использовано при разработке новых адсорбционных материалов, таких как гидрогели и композитные пленки и найти свое применение в электродиализе и процессах обратного осмоса для удаления тяжелых металлов из воды. Кроме того, синтезированный окисленный материал проявил более высокую антиоксидантную активность, что открывает перспективы его применения не только в экологии, но и в медицине, а также пищевой промышленности», — рассказал Юрий Маляр, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН.
Исследование поддержано Российским научным фондом. Результаты исследования опубликованы в журнале Antioxidants.
