Характеристика сорбционных материалов на основе целлюлозы из недревесного растительного сырья
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-5-180-194Ключевые слова:
целлюлоза, недревесное сырье, сорбция-десорбция, уран-238, удельная площадь поверхностиАннотация
Рассматриваются проблемы, связанные с использованием различных видов недревесного растительного сырья для создания новых сорбентов на основе целлюлозы. Цель работы – получить новые данные о структурных особенностях и сорбционных свойствах недревесных целлюлоз в отношении тяжелого естественного радионуклида урана-238. Образцы целлюлозы были выделены из соломы ржи Secale, пшеницы Triticum, овса Avena sativa, а также стеблей борщевика Heracleum Sosnowskyi и бурых водорослей Laminaria digitata. При изучении растительного сырья установлено, что по содержанию целлюлозы злаковые растения почти не уступают древесным растениям, и ее содержание в ксилеме колеблется в диапазоне 45–49 %. С помощью метода ИК-Фурье спектроскопии установлено, что все целлюлозы травянистых растений обладают практически идентичной химической структурой. Методом низкотемпературной адсорбции азота исследована поверхностно-пористая структура целлюлоз. На основе анализа поведения при адсорбции азота был сделан вывод, что все исследованные образцы следует относить к мезопористым материалам с низкой удельной площадью поверхности. Установлены основные закономерности процессов адсорбции урана-238 из водных сред с его низкой концентрацией (0,750 мкг/мл). Обнаружено, что образцы исследуемых целлюлоз характеризуются прочным удержанием урана-238, значительное количество которого (до 90 %) не десорбируется ни водой, ни водными растворами CH3COONH4 и HCI (1 М). Установлена корреляционная взаимосвязь между параметрами поверхностно-пористой структуры и показателями адсорбции-десорбции. Целлюлоза из борщевика, обладающая наиболее высокой удельной площадью поверхности, может быть рекомендована для очистки водных сред от микроколичеств радионуклида урана-238. Полученные результаты свидетельствуют о высоком инновационном потенциале целлюлоз из недревесных растений.
Финансирование: Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 22-13-00196-П, https://rscf.ru/en/project/22-13-00196/.
Для цитирования: Карманов А.П., Кочева Л.С., Вураско А.В., Рачкова Н.Г., Демин В.А. Характеристика сорбционных материалов на основе целлюлозы из недревесного растительного сырья // Изв. вузов. Лесн. журн. 2026. № 5. С. 180–194. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-5-180-194
Скачивания
Библиографические ссылки
Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров. СПб.: СПбЛТА, 1999. 628 с.
Azarov V.I., Burov A.V., Obolenskaya A.V. Chemistry of Wood and Synthetic Polymers. Saint Petersburg, SPbLTA Publ., 1999. 628 p. (In Russ.).
Вураско А.В., Агеев M.A., Сиваков В.П. Получение и свойства технической целлюлозы из борщевика окислительно-органосольвентным способом // Химия растит. сырья. 2022. Вып. 1. С. 289–298.
Vurasko A.V., Ageev M.A., Sivakov V.P. Preparation and Properties of Technical Cellulose from Hogweed by the Oxidative-Organosolvent Method. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja = Chemistry of plant raw material, 2022, no. 1, pp. 289–298. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.20220110121
Вураско А.В., Артемов А.В., Агеев М.А., Бурындин В.Г., Ершова А.С., Савиновских А.В., Шестаков Д.И., Сиваков В.П., Первова И.Г., Маслакова Т.И., Патракова Е.Ю., Мусихин Е.К., Клепалова И.А., Шерстобитов А.Л., Канарский А.В., Мингазова Л.А., Крякунова Е.В., Канарская З.А., Казаков Я.В., Хоанг М.К., Смирнова Е.Г., Малиновская Г.К., Малютина Д.И., Симонова Е.И., Кейзер П.М. Материалы из нетрадиционных видов волокон и сопутствующие продукты: технологии получения, свойства, перспективы применения: моногр. / под. ред. А.В. Вураско. Екатеринбург: Уральск. гос. лесотехн. ун-т, 2024. 195 с.
Vurasko A.V., Artemov A.V., Ageev M. A., Buryndin V.G., Yershova A.S., Savinovskikh A.V., Shestakov D.I., Sivakov V.P., Pervova I.G., Maslakova T.I., Patrakova E.Yu., Musikhin E.K., Klepalova I.A., Sherstobitov A.L., Kanarskiy A.V., Mingazova L.A., Kryakunova E.V., Kanarskaya Z.A., Kazakov Ya.V., Hoang M.K., Smirnova E.G., Malinovskaya G.K., Malyutina D.I., Simonova E.I., Keizer P.M. Materials from Unconventional Fiber Types and Related Products: Production Technologies, Properties, and Application Prospects: Monograph. Ed. by A.V. Vurasko. Yekaterinburg, USFEU Publ., 2024. 195 p. (In Russ.).
Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 с.
Obolenskaya A.V., Yelnitskaya Z.P., Leonovich A.A. Laboratory Work on the Chemistry of Wood and Pulp. Moscow, Ekologiya Publ., 1991. 320 p. (In Russ.).
Осипов П.С., Аким Г.Л., Белодубровский Р.Б., Буров А.В. Технология целлюлозно-бумажного производства: в 3 т. Т. I. Сырье и производство полуфабрикатов. Ч. 2. Производство полуфабрикатов. СПб.: Политехника, 2003. 633 с.
Osipov P.S., Akim G.L., Belodubrovskiy R.B., Burov A.V. Technology of Pulp and Paper Production: In 3 Vol. Vol. I. Raw Materials and Production of Semi-Finished Products. Part 2. Production of Semi-Finished Products. Saint Petersburg, Politekhnika Publ., 2003. 633 p. (In Russ.).
Смирнова Е.Г., Лоцманова Е.М., Журавлева Н.М., Резник А.С., Вураско А.В., Дрикер Б.Н., Минакова А.Р., Симонова Е.И., Сиваков В.П., Первова И.Г., Маслакова Т.И., Казаков Я.В., Севастьянова Ю.В., Коптяев В.В., Дернова Е.В., Канарский А.В., Дулькин Д.А., Щербак Н.В., Дубовый В.К. Материалы из нетрадиционных видов волокон: технологии получения, свойства, перспективы применения: моногр. / под ред. А.В. Вураско. Екатеринбург: Уральск. гос. лесотехн. ун-т, 2020. 252 с.
Smirnova E.G., Lotsmanova E.M., Zhuravleva N.M., Reznik A.S., Vurasko A.V., Driker B.N., Minakova A.R., Simonova E.I., Sivakov V.P., Pervova I.G., Maslakova T.I., Kazakov Ya.V., Sevastyanova Yu.V., Koptyaev V.V., Dernova E.V., Kanarskiy A.V., Dulkin D.A., Shcherbak N.V., Dubovoy V.K. Materials from Unconventional Fiber Types: Production Technologies, Properties, and Application Prospects: Monograph. Ed. by A.V. Vurasko. Yekaterinburg, USFEU Publ., 2020. 252 p. (In Russ.).
Abidi N., Cabrales L., Haigler C.H. Changes in the Cell Wall and Cellulose Content of Developing Cotton Fibers Investigated by FTIR Spectroscopy. Carbohydrate Polymers, 2014, vol. 100, pp. 9–16. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.01.074
Ahmed B., Ahmad Z., Ihsan A., Khan M.A., Fazal T. Biomaterials as Promising Biosorbents for Efficient Uranium Extraction from Seawater: A Comprehensive Review. Separation and Purification Technology, 2024, vol. 338, art. 126507. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.126507
Altaner C.M., Thomas L.H., Fernandes A.N., Jarvis M.C. How Cellulose Stretches: Synergism between Covalent and Hydrogen Bonding. Biomacromolecules, 2014, vol. 15(3), pp. 791–798. https://doi.org/10.1021/bm401616n
Bogolitsyn K., Parshina A., Karmanov A., Kocheva L., Rachkova N., Polomarchuk D. Sorption of Uranium and Thorium by Cellulose Complexes of Arctic Brown Algae. Journal of Applied Phycology, 2023, pp. 1813–1819. https://doi.org/10.1007/s10811-023-02976-3
de Oliveira Paula E.A., de Melo R.R., Pedrosa T.D., de Albuquerque F.B., da Silva F.M., Pimenta A.S. Potential of Non-Wood Fibers as Sustainable Reinforcements for Polymeric Composites – A Review. Forest Science, 2023, pp. 123–150. https://doi.org/10.1007/978-981-99-2846-0_6
Dubrovsky N.M., Morin K.A., Cherry J.A., Smyth D.J.A. Uranium Tailings Acidification and Subsurface Contaminant Migration in a Sand Aquifer. Water Quality Research Journal, 1984, vol. 19, iss. 2, pp. 55–89. https://doi.org/10.2166/wqrj.1984.016
Gilarrahz M.A., Oliet M., Rodriguez F., Tijero J. Ethanol‐Water Pulping: Cooking Variables Optimization. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 1998, vol. 76, iss. 2, pp. 253–260. https://doi.org/10.1002/cjce.5450760213
Gröndahl J., Karisalmi K., Vapaavuori J. Micro- and Nanocelluloses from Non-Wood Waste Sources; Processes and Use in Industrial Applications. Soft Matter, 2021, vol. 17, pp. 9842–9858. https://doi.org/10.1039/D1SM00958C
Jahan S., Rukhsana B., Baktash M.M., Ahsan L., Fatehi P., Ni Y. Pulping of Non-Wood and Its Related Biorefinery Potential in Bangladesh: A Review. Current Organic Chemistry, 2013, vol. 17, iss. 15, pp. 1570–1576. https://doi.org/10.2174/13852728113179990065
Kamarian S., Song J.I. Review of Literature on Eco-Friendly Sandwich Structures Made of Non-Wood Cellulose Fibers. Journal of Sandwich Structures & Materials, 2022, vol. 24, iss. 3, pp. 1653–1705. https://doi.org/10.1177/10996362211062372
Karmanov A.P., Shaposhnikova L.M., Kocheva L.S., Rachkova N.G., Belyy V.A., Lutoev V. Structural Features of Stress Lignin of Aspen (Populus tremula L.) Growing under Increased Background Radiation. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 2023, vol. 50, art. 102677. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2023.102677
Kartel M.T., Strelko V.V., Stavitskaya S.S., Mardanenko V.K., Kupchik L.A. Combined Adsorption Preparations from Active Carbons, Clay Minerals and Natural Plant Products. Combined and Hybrid Adsorbents. Ed. by J.M. Loureiro, M.T. Kartel. Dordrecht, Springer, 2006, pp. 165–180. https://doi.org/10.1007/1-4020-5172-7_17
Liesch T., Hinrichsen S., Goldscheider N. Uranium in Groundwater – Fertilizers versus Geogenic Sources. Science of the Total Environment, 2015, vol. 536, pp. 981–995. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.05.133
Mironova D.Y., Varadarajan V., Timakhovich I.V., Barakova N.V., Tokbaeva A.A., Rumiantceva O.N., et al. Methods of Commercialization and Usage of Sosnovsky Hogweed Processing. Recycling, 2022, vol. 7, iss. 5, art. 77. https://doi.org/10.3390/recycling7050077
Neitzel N., Hosseinpourpia R., Walther T., Adamopoulos S. Alternative Materials from Agro-Industry for Wood Panel Manufacturing – A Review. Materials, 2022, vol. 15, iss. 16, art. 4542. https://doi.org/10.3390/ma15134542
Patel D.K., Dutta S.D., Lim K.-T. Nanocellulose-Based Polymer Hybrids and Their Emerging Applications in Biomedical Engineering and Water Purification. RSC Advances, 2019, vol. 9, iss. 33, pp. 19143–19162. https://doi.org/10.1039/C9RA03261D
Pennells J., Godwin I.D., Amiralian N., Martin D.J. Trends in the Production of Cellulose Nanofibers from Non-Wood Sources. Cellulose, 2020, vol. 27, pp. 575–593. https://doi.org/10.1007/s10570-019-02828-9
Sharma H., Kaith B.S., Kumar R., Mehra R., Bhatti M.S. Fabrication of Cellulose-Collagen Based Biosorbent as Eco-Friendly Scavengers for Uranyl Ions. International Journal of Biological Macromolecules, 2024, vol. 266, part 2, art. 131400. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131400
Talari A.C.S., Garcia Martinez M.A., Movasaghi Z., Rehman S., Rehman I.U. Advances in Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy of Biological Tissues. Applied Spectroscopy Reviews, 2017, vol. 52, iss. 5, pp. 456–506. https://doi.org/10.1080/05704928.2016.1230863
Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., et al. Physisorption of Gases, with Special Reference to the Evaluation of Surface Area and Pore Size Distribution (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 2015, vol. 87, no. 9-10, pp. 1051–1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117
Vaaramaa K., Pulli S., Lehto J. Effects of pH and Uranium Concentration on the Removal of Uranium from Drinking Water by Ion Exchange. Radiochimica Acta, 2000, vol. 88, no. 12, pp. 845–850. https://doi.org/10.1524/ract.2000.88.12.845
Ventura-Cruz S., Tecante A. Nanocellulose and Microcrystalline Cellulose from Agricultural Waste: Review on Isolation and Application as Reinforcement in Polymeric Matrices. Food Hydrocolloids, 2021, vol. 118, art. 106771. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106771
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Карманов А.П., Кочева Л.С., Вураско А.В., Рачкова Н.Г., Демин В.А.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
