Сибирские ученые разработали природный сорбент для очистки воды

Красноярские ученые предложили способ перерабатывать опилки сибирской ели в эффективный и экологичный материал для очистки воды от тяжелых металлов. Благодаря химической обработке у окисленного природного биополимера из еловых опилок возросла активность поглощать токсичные ионы свинца, меди и кадмия. Результаты исследования опубликованы в журналеAntioxidants.

С ростом промышленной активности тяжелые металлы, такие как свинец, кадмий, медь и железо, всё 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.

Специалисты ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» выделили из опилок сибирской ели (Picea obovata) 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 — процесс, при котором нейтральные первичные гидроксильные группы, которые плохо взаимодействуют с металлами, превращаются в активные карбоксильные группы, легко притягивающие ионы тяжелых металлов за счет своего отрицательного заряда.

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 других сорбционных полимерных материалов.

«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», — рассказывает старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН кандидат химических наук Юрий Николаевич Маляр.

Исследование поддержано Российским научным фондом (проект № 22-73-10212). Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН

Фото Анастасии Тамаровской