Сорбция ионов тяжелых металлов льняным волокном из водных растворов

№77-1,

химические науки

Сорбенты целлюлозной природы привлекают к себе все больше внимание исследователей во всем мире, несмотря на сравнительно невысокие равновесно-кинетические характеристики. Они обладают рядом неоспоримых преимуществ: экологической чистотой, доступностью и возобновляемостью сырьевой базы. Целлюлозосодержащие материалы растительного происхождения весьма перспективны для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Особый интерес вызывают набухающие полимеры как новые сорбционные материалы, способные эффективно извлекать токсичные и ценные металлы из промышленных стоков.

Похожие материалы

Загрязнение биосферы тяжелыми металлами в результате антропогенной деятельности вызывает серьезное беспокойство во всем мире. Это обусловлено тем, что в отличие от органических загрязняющих веществ металлы в природной среде не подвергаются процессам разложения и способны концентрироваться в объектах экосистемы — растениях, водоемах, почве, а затем по естественной пищевой цепочке поступать в организм человека вместе с продуктами питания и питьевой водой. Поэтому так важен постоянный контроль за их содержанием не только в объектах окружающей среды, но и в пищевых продуктах.

Тяжелые металлы составляют обширную и весьма опасную в токсикологическом отношении группу веществ, включающих более 40 химических элементов. Особое внимание уделяется тем металлам, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств.

Токсичность металла связана с его влиянием на обмен веществ человека. Установлено, что тяжелые металлы вносят наибольший вклад в возникновение злокачественных опухолей, болезней эндокринной системы и органов пищеварения, крови и кроветворных органов, они могут оказывать канцерогенное (возникновение раковых опухолей) и мутагенное (качественные и количественные изменения в генетическом аппарате клетки) воздействие на организм [1].

Именно поэтому сегодня очень остро стоит проблема очистки воды от ионов тяжелых металлов [2].

В последние годы большой интерес представляет разработка сорбентов на основе многотоннажных побочных продуктов или отходов сельского хозяйства, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности. Эти материалы имеют более низкую стоимость, доступны и просты по способам утилизации, обладают достаточно высокими сорбционными характеристиками по широкой гамме металлов-загрязнителей и являются экологически чистыми.

Однако такие сорбенты обладают недостаточно высокой сорбционной емкостью, что обусловлено низким содержанием в их составе активных центров, способных интенсифицировать переход загрязнений в структуру материала. Поэтому актуальным вопросом является модификация сорбентов на основе вторичного целлюлозосодержащего сырья [3].

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами может происходить как в результате естественных процессов (выветривание горных пород и минералов, извержения вулканов), так и в результате деятельности человека: за счет сточных вод промышленных предприятий, выбросов городского транспорта, добычи и переработки полезных ископаемых. Кроме того, тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов (так, кадмий содержится в составе суперфосфата и селитры) и могут попадать в водоемы и почвы вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий.

Тяжелые металлы обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям. Многие из них имеют переменную валентность и участвуют в окислительно-восстановительных процессах [2].

В промышленности применяют следующие методы очистки водных и водно-органических растворов от ионов тяжелых металлов:

  1. физические методы, заключающиеся в воздействии на загрязнения внешних физических сил — силы давления (группа баромембранных методов, включающая в себя обратный осмос, микро- и ультрафильтрацию, нанофильтрацию) или внутренних поверхностных межмолекулярных сил (адсорбция, коагуляция). Достоинства этих процессов: высокая степень очистки (92 — 99%), возможность работы при обычных температурах, относительно низкие эксплуатационные расходы. Однако работа аппаратуры при повышенном давлении связана с определенными технологическими трудностями.
  2. химические методы, заключающиеся в переводе растворимых веществ в малорастворимые или нерастворимые соединения при добавлении различных реагентов (окислителей, осадителей, комплексообразователей) с последующим отделением образовавшихся осадков. В качестве реагентов нашли применение гидроксиды кальция и натрия, сульфид натрия, сульфат железа (II), пирит. Степень очистки реагентными методами не превышает 96%, что не позволяет получать в стоках концентрации по тяжелым металлам на уровне ПДК. Еще один недостаток данного метода связан со значительным расходом реагентов.
  3. физико-химические методы, включающие процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляцию, электрофлотацию и электродиализ. Все эти процессы протекают на электродах при прохождении через водную среду постоянного электрического тока. Электроочистные сооружения достаточно компактны и эффективны, хорошо поддаются автоматизации и могут компоноваться с другими методами и оборудованием. Недостатками являются повышенный расход электроэнергии и листового железа и алюминия (материал электродов).
  4. биохимические (биологические) методы основаны на способности микроорганизмов использовать в качестве источника питания загрязнения сточных вод. Бактерии могут окислять клетчатку, гуминовые вещества, углеводороды. На биоматериале могут также сорбироваться ионы тяжелых металлов [4].

В последние годы наметился рост производства и переработки льна, как в России, так и во всем мире. Это обусловлено, прежде всего, интересом к одежде из льняных тканей, которые обладают повышенными гигиеническими и эксплуатационными качествами.

Лен используется не только в текстильной, но и во многих других перерабатывающих отраслях. Это изделия медицинского и санитарно-гигиенического назначения: антимикробные салфетки и перевязочные средства, льняная хирургическая нить, льняная и льнохлопковая вата, изделия для ухода за лежачими больными. Преимущества медицинской продукции на основе льна обусловлены его высокими гигиеническими свойствами, совместимостью с биологическими объектами, способностью ускорять заживление ран. Кроме того, отмечается, что посевы льна извлекают из зараженных радиацией земель радионуклиды и тяжелые металлы и создают предпосылки для производства чистой продовольственной продукции [5].

Род Linum семейства Льновые (Linaceae) насчитывает более 200 видов. Из них наибольшее значение для сельскохозяйственного производства представляет вид — лен обыкновенный культурный (Linum usitatissimum L.), подразделяющийся на 5 видов, из которых хозяйственное значение имеет евразийский подвид, включающий 4 группы (рисунок 1.1): лен — долгунец (elongata); лен — кудряш (v. brevimulticaulia); лен — межеумок (v. intermedia); стелющийся лен (v. prostrata).

Лен-долгунец имеет гладкий стебель высотой 70 — 125 см. Его возделывают, главным образом, на волокно (до 30 % волокна в стеблях). Семена этой группы растений также представляют большую ценность, так как содержат много жира. Лен-межеумок — растение средней высоты (до 70 см). Стебель, нередко ветвящийся у основания, с более развитым, чем у долгунцов, соцветием и большим числом коробочек. Культивируют его преимущественно на масло. Различные сорта льна-межеумка содержат до 48 % жира в семенах и до 17 % волокна в стеблях. Лен-кудряш — растение низкорослое (30 — 50 см); стебель его сильно ветвится у основания. Урожай волокна очень низкий. Поэтому лен-кудряш возделывают только как масличную культуру. Стелющийся лен — густолиственное растение со стелющимся кустом в начале развития. Жира в семенах содержится 37 — 40 %.

Самым ценным в культуре льна является льняное волокно и льняное семя. Лен с давних времен традиционно производят во многих российских сельскохозяйственных регионах (Европейская часть России, Поволжье, Сибирь, Алтай). По своим физико-механическим характеристикам льняное волокно превосходит хлопковое и шерстяное, основные источники которых после распада СССР остались вне пределов Российской Федерации. В настоящее время отходы, получаемые при переработке льна, лишь частично используются в промышленности (пакля, обтирочный материал), а льняная костра практически полностью сжигается [6, 7].

В семействе льняных насчитывается 330 видов. В России в основном культивируется 2 вида льна: лен-долгунец и лен-кудряш; в меньших количествах выращивается лен-межеумок и стелющийся лен.

Для получения льняного волокна выращивают специальный вид льна — лен-долгунец (рис. 1), представляющий собой однолетнее травянистое растение с прямым не ветвистым стеблем высотой 80–90 см и диаметром 1–2 мм [8].

Разновидности культурного льна: 1 — лен-долгунец; 2 — 3 — лен-межеумок; 4 — лен-кудряш; 5 — стелющийся лен
Рисунок 1. Разновидности культурного льна: 1 — лен-долгунец; 2 — 3 — лен-межеумок; 4 — лен-кудряш; 5 — стелющийся лен

Стебель льна, как и других лубяных растений, состоит из различных по-своему назначению и строению тканей (рис. 2а), основными из которых являются:

  • покровная ткань 1, состоящая из одного ряда плотно сомкнутых клеток, покрытых снаружи тонкой пленкой-кутикулой;
  • покровная паренхима 2, состоящая из тонкостенных, равновеликих и не одревесневших клеток, которые содержат запасы питательных веществ в стеблях и служат ложем для волокон льна 3;
  • тонкий слой камбия 4, состоящего из клеток, жизнедеятельность которых обеспечивает рост льна;
  • мощный слой древесины 5, являющийся остовом всего стебля;
  • сердцевина 6, состоящая из рыхлых тонкостенных клеток, в реультате отмирания которых образуется полость 7 стебля [9].

В лубяном слое коры стебля льна располагаются клетки двух видов: паренхимные и прозенхимные. Тонкостенные равновеликие паренхимные клетки содержат запасы питательных веществ и служат для связывания всех элементов коры. Прозенхимные клетки обладают способностью в процессе роста льна значительно удлиняться, они располагаются вдоль стебля и являются элементарными волокнами льна.

Поперечный срез, внешний вид и поперечное сечение стебля льна представлены на рис. 2 а, б.

Основным полимером льняного волокна является α-целлюлоза (80 %); низкомолекулярные фракции составляют 8,5 %, лигнин — 5,2 %, жировосковые вещества — 2,7 %, белковые и зольные — 3,2 %. Таким образом, по сравнению с хлопком в волокне льна содержится большое количество сопутствующих веществ. Присутствие лигнина в составе волокон придает им жесткость, хрупкость и ломкость [9].

Анатомическое строение стебля льна: а — поперечный срез стебля льна: 1 — покровная ткань; 2 — коровая паренхима; 3 — элементарные волокна; 4 — слой камбия; 5 — остов стебля льна; 6 — сердцевина; 7 — полость стебля; б — внешний вид и поперечное сечение
Рисунок 2. Анатомическое строение стебля льна: а — поперечный срез стебля льна: 1 — покровная ткань; 2 — коровая паренхима; 3 — элементарные волокна; 4 — слой камбия; 5 — остов стебля льна; 6 — сердцевина; 7 — полость стебля; б — внешний вид и поперечное сечение

Элементарное волокно льна представляет собой растительную клетку веретенообразной формы с узким каналом и заостренными концами (рис. 2 б). Волокно имеет первичную и вторичную стенки, в которых фибриллы расположены по спирали с углом наклона к оси волокна 8 — 12 °. В слоях вторичной стенки по мере приближения к каналу угол наклона фибрилл уменьшается и может достигать 0 °. Слоистая структура волокна образуется в результате постепенного отложения целлюлозы на его стенках.

Длина элементарного волокна и поперечник они зависят от места расположения волокна в стебле: наиболее толстые и короткие располагаются у основания стебля, а в направлении верхушки они становятся тоньше и длиннее. Отдельные элементарные волокна соединяются между собой в пучки с помощью срединных пластинок, состоящих из пектиновых веществ и лигнина. Обычно в пучке содержится 15 — 30 элементарных волокон, а в стебле — 20 — 25 пучков. Пучки волокон хорошо развиты по всей длине стебля и благодаря боковым ответвлениям соединяются друг с другом, образуя в стебле сетчатый волокнистый каркас [9].

В работе [10] методом сканирующей электронной микроскопии проведено исследование влияния щелочной обработки (10 % раствор гидроксида натрия) на морфологию льняных волокон. Микрофотографии образцов нативных и модифицированных волокон приведены на рисунке 3.

На рисунке 3 а изображена микрофотография пучка нативных льняных волокон, которые сформированы из элементарных волокон, скрепленных друг с другом пектином, лигнином и аморфными полимерами вторичной клеточной стенки. В свою очередь, как следует из рисунка 3 (в), щелочная обработка позволяет удалить гемицеллюлозы, пектин, воски, лигнин и способствует более полному разделению пучков волокон на элементарные волокна. На рисунках 3 (б) и (г) показаны микрофотографии элементарных волокон нативного и обработанного щелочью льна. Поверхность обработанных волокон становится более однородной и гладкой, удаляются крупные остаточные частицы; при этом происходит выравнивание целлюлозных микрофибрилл.

ИК — спектры модифицированных волокон по сравнению с нативными показывают уменьшение интенсивности пика при 1615 см-1 (соответствует пектиновым веществам), и при 2923 см-1 (С — Н валентные колебания в гемицеллюлозах). Кроме того, значительно снижается интенсивность пика при 1735 см-1, что соответствует «C = O» связи карбоновой кислоты или сложного эфира гемицеллюлоз. Данные результаты показывают, что пектины и гемицеллюлозы являются основными соединениями, которые удаляются после щелочной обработки. Удаление примесей способствует улучшению механических свойств льна, кроме того увеличение общей доли целлюлозы в его составе должно положительно сказаться и на сорбционных свойствах по отношению к ионам тяжелых металлов.

Влияние щелочной обработки: а — пучок нативных льняных волокон; б — элементарное волокно (без обработки); в — пучок льняных волокон (щелочная обработка); г — элементарное волокно (щелочная обработка)
Рисунок 3. Влияние щелочной обработки: а — пучок нативных льняных волокон; б — элементарное волокно (без обработки); в — пучок льняных волокон (щелочная обработка); г — элементарное волокно (щелочная обработка)

Льняное волокно является наиболее изученным по химической, надмолекулярной и морфологической структуре [11].

Однако получение целлюлозы из коротковолокнистых волокон льна, не используемых в текстильной промышленности, изучение ее свойств и обоснование практической ценности является весьма актуальным. Лен используется в основном для получения масличных семян, а само волокно не находит практического применения. Как следует из таблицы 1, волокно льна являться источником целлюлозы. Выделение качественной целлюлозы основано на минимальном количестве примесей нецеллюлозного характера (табл. 1). Поскольку процессы делигнификации и облагораживания являются гетерогенными, то кинетика будет определяться тремя основными взаимосвязанными факторами: микрогетерогенностью, макрогетерогенностью и поверхностными свойствами данного вида целлюлозы. Реакционная способность функциональных групп целлюлозосодержащего материала не изменяется в зависимости от его химического состава. Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) охарактеризованы морфологические особенности целлюлозы из льняных волокон [12].

Таблица 1. Химический состав растительных волокон

Состав, %

Содержание в %

Хлопок

Лен-долгунец

Лен-межеумок

Костра

Древесина

α-Целлюлоза

93–97

78–80,5

70–76,4

46,9–56

49–58

Пентозаны

1–1,5

5–6,4

10,0

21–25

7–25,3

Лигнин

2,4–4,4

2,9–8,0

22–29,7

18,1–27,7

Воски и жиры

0,3–1,0

1,5–2,4

2,7

1,3–3,4

Азот и белковыевещества

0,2–0,9

2,1–2,2

2,0

Пектины

0,5

1,9–2,1

2,2

1–2

Зольные вещества

0,9–1,0

0,9–2,1

2,5

1,6

0,2–0,5

Вода

7,0

8,5

8,5

Вещества, экстрагируемые водой

0,5

4,0

4,0

0,9–4,1

Как следует из таблицы 1, волокно льна-долгунца может являться источником целлюлозы, т.к. по химическому составу оно занимает промежуточное место между хлопком и древесиной. Характерную окраску льняным волокнам придает хлорофилл, воскообразные вещества, хромофорные структуры лигнина, дубильные вещества [13].

Целлюлоза — самый распространенный и возобновляемый полимерный ресурс, доступный во всем мире [14]. Целлюлоза (от лат. cellula –здесь — клетка) — клетчатка, вещество клеточных стенок растений, представляет собой полимер класса углеводов — полисахарид, молекулы которого построены из остатков молекул моносахарида глюкозы (рис. 4) [15]. Целлюлоза — основная составная часть клеточных стенок растений, наиболее распространенный в природе биополимер.

Целлюлоза представляет собой высокомолекулярный линейный полисахарид β-1,4-глюкан-(С6Н10О5) со степенью полимеризации от 2 до 26 тыс.

Структурная формула целлюлозы
Рисунок 4. Структурная формула целлюлозы

Для β-D-глюкопиранозы и ее производных (в том числе и для целлюлозы) наиболее энергетически выгодной формой является конформация кресла С1, где все гидроксильные группы находятся в экваториальном положении, т.е. в плоскости кольца. Именно индивидуальные свойства гидроксильных групп позволяют в результате их химических превращений осуществить синтез простых и сложных эфиров целлюлозы, продуктов ее окисления [16].

Гемицеллюлозы — название группы полисахаридов относительно низкой степени полимеризации (СП = 50 — 200), содержащих в качестве эле-ментарных звеньев циклы из 5-ти (пентозаны) или 6-ти (гексозаны) углеродных атомов. При действии на волокна кислот гемицеллюлозы сравнительно легко гидролизуются до мономеров, их образующих. Гемицеллюлозы в хлопке и льне находятся не как индивидуальные соединения, а в комплексе с целлюлозой или лигнином, увеличивая тем самым их механическую прочность. В случае льна гемицеллюлозы входят в состав срединных пластинок. Наиболее широкое распространение в растениях (до 37 %) имеет ксилан (рис. 5):

Структурная формула гемицеллюлозы
Рисунок 5. Структурная формула гемицеллюлозы

Лигнинвысокомолекулярное соединение ароматического строения, содержащееся практически во всех растениях и, особенно, в древесине деревьев.

Лигнин придает механическую прочность растениям и содержится или в соединительных тканях, или входит в структуру целлюлозных образований, как например, в первичную и вторичную стенку элементарных волокон льна, где лигнин может образовывать комплексы с целлюлозой. Во льне основное содержание лигнина приходится на срединные пластины [17, 18].

Общим элементом для всех лигнинов является фенилпропановое звено (рис 6, а) Структурные звенья лигнина соединяются простыми эфирными, полуацетальными, ацетальными связями. В состав травянистых растений входит лигнин, макромолекулы которого построены из остатков n-оксикоричных спиртов — п-кумарового (рис. 6, б) и кониферилового (рис. 6, в):

Структурная формула лигнина
Рисунок 6. Структурная формула лигнина

Из природных материалов выделение целлюлозы основано на действии реагентов, растворяющих или разрушающих содержащиеся в растительных тканях нецеллюлозные компоненты (белки, жиры, воски, смолы, лигнин, а также полисахариды). Методы выделения зависят от типа растительного материала и назначения целлюлозы. Основные из них: щелочная варка (обработка растительных материалов разбавленным раствором едкого натра под давлением с последующей отбелкой — обработкой окислителями, например гипохлоритом натрия), применяемая главным образом для получения хлопковой целлюлозы; сульфитная варка (обработка под давлением водными растворами бисульфита кальция, магния, натрия или аммония, содержащими небольшое количество свободного SO2) и сульфатная варка (обработка под давлением водным раствором смеси едкого натра и сульфида натрия), используемые для выделения целлюлозы из древесины [19]. Из соломы целлюлозу выделяют хлорнощелочным методом (последовательной обработкой водным раствором едкого натра и хлором).

Целлюлоза — волокнистый материал белого цвета, плотность 1,52 — 1,54 г/см3 (20 °С). Целлюлоза растворима в медно-аммиачном растворе, водных растворах четвертичных аммониевых оснований, водных растворах комплексных соединений гидроокисей поливалентных металлов (Ni, Со) с аммиаком или этилендиамином, щелочном растворе комплекса железа (III) с виннокислым натрием, растворах двуокиси азота в диметилформамиде, концентрированной фосфорной и серной кислотах (растворение в кислотах сопровождается деструкцией целлюлозы).

Возможность получения разнообразных производных целлюлозы определяется в первую очередь ее функциональным составом. С этой точки зрения целлюлозу можно рассматривать как полимерный полиатомный спирт, в элементарных звеньях макромолекулы которого содержатся три гидроксильные группы: первичная — у шестого атома углерода и две вторичные — у второго и третьего атомов углерода. Именно индивидуальные свойства гидроксильных групп позволяют в результате их химических превращений осуществить синтез простых и сложных эфиров целлюлозы, продуктов ее окисления [20].

Для основных областей применения собственно целлюлозных материалов (бумажная и текстильная промышленность) большое значение имеют процессы, связанные с взаимодействием целлюлозы с водой, — процессы сорбции и набухания. Именно с этими процессами связаны прекрасные гигиенические характеристики целлюлозных материалов. Действительно, среди волокнистых материалов нет материала со столь значительными, как у целлюлозы, величинами сорбции и набухания.

Хотя основным фактором, определяющим сорбционную способность целлюлозы, является наличие OH-групп, существенную роль играет и физическая структура целлюлозы. Развитая капиллярно-пористая система, включающая внутрифибриллярные нерегулярности упаковки размером менее 1,5 нм, межфибриллярные пустоты (поры) размером 1,5–10 нм, поры, возникающие в результате набухания гидратцеллюлозных (в частности, вискозных) волокон размером несколько десятков нанометров, а также каналы и макропоры в волокнах природной целлюлозы диаметром несколько микрометров обусловливают протекание не только истинной сорбции (адсорбции), но и капиллярного поглощения воды [21].

Широта и разнообразие областей применения материалов на основе целлюлозы и ее производных связаны с возможностью направленного изменения их свойств прежде всего за счет использования химических реакций с участием функциональных групп и связей полимерной цепи.

Характеризуя в целом химические свойства целлюлозы, можно сказать, что они определяются наличием гликозидных связей между элементарными звеньями (реакции деструкции) и гидроксильных групп (реакции окисления, этерификации — синтеза сложных эфиров и О-алкилирования — синтеза простых эфиров). Наиболее характерный пример реакции деструкции целлюлозы — реакция кислотного гидролиза, конечным продуктом которого является глюкоза. Именно эта реакция лежит в основе одного из промышленных методов получения этилового спирта (гидролиз целлюлозосодержащих отходов с последующим спиртовым брожением гидролизата). Следует вместе с тем отметить необычное течение процесса гидролиза целлюлозы при проведении его в гетерогенной среде, то есть без предварительного перевода ее в раствор, в мягких условиях (например, водными 1 — 2,5 н. растворами HCl). В этом случае реакция деструкции идет не до конца. Наблюдаются две резко отличающиеся по скорости стадии гидролитической реакции: первая, на которой происходит гидролиз аморфных участков структуры, и вторая, со значительно более низкой скоростью, на которой реакция идет за счет расщепления гликозидных связей, находящихся на концах кристаллитов.

Фрагменты структуры, образующиеся по окончании первой стадии гидролиза, — микрокристаллическая целлюлоза — представляют собой иглоподобные частицы, длина которых зависит от типа исходной целлюлозы и обусловлена размером ее кристаллитов. Так, для хлопковой целлюлозы величина степени полимеризации этих фрагментов равна 200 — 300, древесной — 120 — 280, целлюлозы вискозных волокон — 30 — 50.

Микрокристаллическую целлюлозу в виде белого сыпучего порошка применяют в качестве наполнителя при приготовлении таблеток лекарственных препаратов, добавок в формовочную массу в производстве керамических и фарфоровых изделий, для стабилизации водоэмульсионных красок. При диспергировании микрокристаллической целлюлозы в воде сначала образуется молокоподобная взвесь, постепенно приобретающая консистенцию крема. В таком виде микрокристаллическую целлюлозу используют в косметической и фармацевтической промышленности, в виде добавок в пищевые продукты (мороженое, соусы) [22, 23].

Ионообменную целлюлозу получают введением различных заместителей с кислотными или основными свойствами в молекулу целлюлозы (табл. 2). Низкая степень замещения ионообменной целлюлозы обусловлена такими требованиями, как нерастворимость и ограниченное набухание в разбавленных водных растворах кислот и оснований. По сравнению с ионообменными смолами целлюлозные иониты обладают меньшими геометрическими размерами и более развитой поверхностью, к тому же пористая структура целлюлозного ионита позволяет применять более высокие скорости ионного обмена и извлекать большие молекулы из растворов, что невозможно осуществить при сорбции на синтетических смолах. Ионообменную целлюлозу (карбоксиметилцеллюлоза, аминоэтилцеллюлоза, сульфоэтилцеллюлоза и др.) широко применяют при очистке и фракционировании белков, ферментов, гормонов, а так же при разделении нуклеиновых кислот, аминокислот, нуклеотидов и ионов металлов [24].

Фосфаты целлюлозы используют в виде фильтровальной бумаги для разделения ионов меди, железа и никеля. Так же исследовалась возможность применения фосфата целлюлозы в виде бесконечной ленты в противоточных системах. Метод оказался довольно эффективным при извлечении меди из раствора путем обмена ее на натрий [24].

Таблица 2. Полная ионообменная емкость для малых ионов и ионная сила некоторых основных типов ионообменных целлюлоз

Материал

Полная емкость, мэкв/г

pH при достижении 0,5 емкости

Карбоксиметилцеллюлоза

0,7

3,7

Окисленная целлюлоза

2,7

-

Янтарный полуэфир целлюлозы

1,0

4,8

Цитраты целлюлозы

2,0

-

Сульфоэтилцеллюлоза

0,5

0,5

Фосфат целлюлозы

  • замещение первого водорода
  • замещение второго водорода

1,3

2,6

1,5

7,5

Фосфонметилцеллюлоза

  • замещение первого водорода
  • замещение второго водорода

0,6
1,2

2,3

7,0

Диэтиламиноэтилцеллюлоза

0,8

9,5

Триэтиламиноэтилцеллюлоза

0,8

9,5

Аминоэтилцеллюлоза

0,6

8,0

Анализ литературных данных свидетельствует, что целлюлозосодержащие материалы обладают высокой сорбционной емкостью, соизмеримой с емкостью ионообменных смол; при этом они сравнительно недороги, доступны, имеют возобновляемую сырьевую базу, характеризуются экологической чистотой и биоразлагаемостью.

Список литературы

  1. Витол И.С., Коваленок А.В., Нечаев А.П. Безопасность продовольственного сырья и продуктов питания. Учебник. М.: ДеЛи принт, 2010. 352 с.
  2. Николайкин Н. И., Николайкина Н. Е., Мелихова О. П. Экология: учебник для вузов. 3-е изд. М.: Дрофа, 2004. 624 с.
  3. Hubbe M., Hasan S., Ducoste J. Cellulosic substrates for removal of pollutants from aqueous systems: A review // BioResources. 2011. Vol. 6. P. 161 – 287.
  4. Беликов С.Е., Хохрякова Е.А., Резник Я.Е. Водоподготовка: справочник; под ред. С. Е. Беликова. М.: Аква-Терм, 2007. 240 с.
  5. Иванова В.Н. Состояние, проблемы и перспективы развития льняного комплекса России // Текстильная промышленность. 2008. № 1. С. 37 – 41.
  6. Живетин В. В., Гинзбург Л.Н. Масличный лен и его комплексное использование. М.: ЦНИИЛКА, 2000. 96 с.
  7. Рогаш А. Р. Льноводство. М.: Колос, 1967. 583 с.
  8. Yanmei Zhou, Xiaoyi Hu, Qiang Jin, Xinhai Wang and Tongsen Ma. Adsorption of Cd(II) from Aqueous Solutions by Cellulose Modified with. Maleic Anhydride and Thiourea: Y. Zhou et al./Adsorption Science & Technology Vol. 31 No. 7 2013.
  9. Бодрова, А.Ш. Материаловедение в технологии швейного производства. Учебное пособие. Томск 2014 «Томский государственный педагогический университет» (ТГПУ) 387 с. https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=5&ved=0ahUKEwiPj5e87ZHYAhXECuwKHe-JA3sQFghAMAQ&url=http%3A%2F%2Frosmetod.ru%2Fupload%2F2015%2F01%2F19%2F08-17-37-bodrova_posobie-mvshp.doc&usg=AOvVaw0Ay9hldn59HRrmIbbaYFrm
  10. Raj G., Balnois E., Baley C. et al. Role of polysaccharides on mechanical and adhesion properties of flax fibres in flax/PLA biocomposite // Int. Jr. Polymer Science. 2011. Vol. 11. P. 23 – 34.
  11. Kotelnikova, N.E. Study of flax fibre structure by WAXS, IR and 13C NMR spectroscopy and SIM / N.E. Kotelnikova, E.F. Panarin, T. Paakkari // In : Cellulosic pulps, fibres amd materials.Woodhead Puplishing Ltd, England, 2000. Р.169 – 179.
  12. Оболенская, А.В. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы: учеб. пособие для вузов. М.: Экология, 1991. 320с.
  13. Косточко А. В., Шипина А.Т., Валишина З.Т. и др. Получение и исследование свойств целлюлозы из травянистых растений // Вестник Казанского технологического ун-та. 2010. № 9. С. 267 – 275.
  14. Иванова В.Н. Состояние, проблемы и перспективы развития льняного комплекса России // Текстильная промышленность. 2008. № 1. С. 37 – 41.
  15. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». М.: ИПК, 2001. 84 с.
  16. Роговин З. А. Химия целлюлозы. М.: Химия, 1972. 519 с.
  17. Роговин З. А., Шорыгина Н.Н. Химия целлюлозы и ее спутников / М.: ГОСХИМИЗДАТ, 1953. 678 с.
  18. Артемьев А.В., Ружицкий А. О. Органические вещества лубяных культур // Журнал Госуд. химического общества им. Д. И. Менделеева. 2004. т. XVVIII. №3. С. 55 – 62.
  19. Химия углеводов /Н.К. Кочетков [и др.]. М.: Химия, 1967. 672 с.
  20. Шур, А.М. Высокомолекулярные соединения / А.М. Шур. Изд. 3-е ; перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1981. 656 с.
  21. Гальбрайх, Л.С. Целлюлоза и ее производные М.: Химия, 1996.
  22. Никитин, В.М. Химия древесины и целлюлозы : учеб. пособие /В.М. Никитин, А.В. Оболенская, В.П. Щеголев ; М-во высшего и среднего спец. образования СССР. М.: Лесная промышленность, 1978. 368 с.
  23. Азаров, В.И. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник для вузов/В.И. Азаров, А.В. Буров, А.В. Оболенская. СПб.: СПбЛТА, 1999. 628 с.
  24. Байклз И. Целлюлоза и ее производные/ И. Байклз, Л. Сегал; под общ. ред. З.А. Роговина. т. 2. М.: «МИР»,1974. 510 с.