Сорбционно-структурные свойства аэрогельных материалов на основе биополимеров
В настоящее время для выведения избыточного количества тяжелых металлов и токсинов из живых организмов успешно применяются аэрогельные материалы в качестве энтеро- и апликационных сорбентов. Неисчерпаемой сырьевой базой для создания аэрогельных материалов являются природные биополимеры альгинат и хи...
| Main Authors: | , , , , |
|---|---|
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Northern Arctic Federal University
2023-12-01
|
| Series: | Лесной журнал |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://journals.narfu.ru/index.php/fj/article/view/1703 |
| _version_ | 1797383257494388736 |
|---|---|
| author | Olga S. Brovko Irina A. Palamarchuk Natalia A. Gorshkova Nikolay I. Bogdanovich Artem D. Ivakhnov |
| author_facet | Olga S. Brovko Irina A. Palamarchuk Natalia A. Gorshkova Nikolay I. Bogdanovich Artem D. Ivakhnov |
| author_sort | Olga S. Brovko |
| collection | DOAJ |
| description | В настоящее время для выведения избыточного количества тяжелых металлов и токсинов из живых организмов успешно применяются аэрогельные материалы в качестве энтеро- и апликационных сорбентов. Неисчерпаемой сырьевой базой для создания аэрогельных материалов являются природные биополимеры альгинат и хитозан, а также различные производные лигнина. На их основе разработано значительное количество сорбционных материалов и раневых покрытий различных типов, что связано не только с широким спектром физико-химических свойств названных полимеров и их уже доказанной медико-биологической активностью, но и с распространенностью и возобновляемостью сырьевых источников для производства данных полимеров, простотой извлечения, возможностью достижения высокой степени очистки и сравнительно невысокой ценой. Ключевой стадией синтеза аэрогельных материалов является формирование прочного гидрогеля – каркаса. Один из технологических приемов – получение интерполиэлектролитного армирующего гидрогеля. В работе предложены 2 упаковочные модели формирования структуры интерполиэлектролитных комплексов на основе пар биополимеров: «альгинат натрия – хитозан» и «лигносульфонат натрия – хитозан». Первая модель – блочная, при которой структура формируется за счет ионных связей между карбоксильными группами альгината натрия и аминогруппами хитозана, а также кооперативной системы водородных связей и дисперсионных взаимодействий. Вторая модель – агрегационно-трубчатая, структура которой образуется посредством ионных связей между сульфогруппами (в составе палочкообразных надмолекулярных структур лигносульфоната натрия) и аминогруппами хитозана, а также водородных связей и дисперсионных взаимодействий. При высушивании интерполиэлектролитных комплексов в сверхкритических условиях формируются прочные фазовые контакты, при этом изменения в структуре геля становятся необратимыми. В результате получены гидрофобные микро- и мезопористые 2-компонентные аэрогельные материалы, различающиеся внутренней структурой. Аэрогельные материалы, структура которых образована по 1-й из названных моделей, характеризуются фибриллярной структурой, а по 2-й ‒ структурными элементами сферической формы. Полученные аэрогельные материалы обладают высокой сорбционной активностью по отношению к воде и широкому кругу тяжелых металлов и низкомолекулярных токсинов. Цель работы – исследование структурно-сорбционных свойств аэрогельных материалов, основа которых – биополимеры различной структурной организации. Значительное увеличение сорбционной активности аэрогельных материалов «альгинат натрия – хитозан» в сравнении с «лигносульфонат натрия – хитозан» связано, по-видимому, с их различной надмолекулярной структурой. Действует совокупность механизмов сорбции: намокание, всасывание, диффузия, осмотические явления и химическое взаимодействие, обусловленное высокопористой структурой аэрогельных материалов и наличием сорбционно-активных центров.
Для цитирования: Бровко О.С., Паламарчук И.А., Горшкова Н.А., Богданович Н.И., Ивахнов А.Д. Сорбционно-структурные свойства аэрогельных материалов на основе биополимеров // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 6. С. 190–203. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-6-190-203 |
| first_indexed | 2024-03-08T21:18:20Z |
| format | Article |
| id | doaj.art-5dee82c6685341c1ae18f116fc1d6580 |
| institution | Directory Open Access Journal |
| issn | 0536-1036 |
| language | English |
| last_indexed | 2024-03-08T21:18:20Z |
| publishDate | 2023-12-01 |
| publisher | Northern Arctic Federal University |
| record_format | Article |
| series | Лесной журнал |
| spelling | doaj.art-5dee82c6685341c1ae18f116fc1d65802023-12-21T12:51:54ZengNorthern Arctic Federal UniversityЛесной журнал0536-10362023-12-01619020310.37482/0536-1036-2023-6-190-2031907Сорбционно-структурные свойства аэрогельных материалов на основе биополимеровOlga S. Brovko0https://orcid.org/0000-0002-1961-7831Irina A. Palamarchuk1https://orcid.org/0000-0002-2947-1370Natalia A. Gorshkova2https://orcid.org/0000-0002-2036-2418Nikolay I. Bogdanovich3https://orcid.org/0000-0002-5374-2943Artem D. Ivakhnov4https://orcid.org/0000-0003-2822-9192Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лавёрова УрО РАНФедеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лавёрова УрО РАНФедеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лавёрова УрО РАНСеверный (Арктический) федеральный университет им. М.В. ЛомоносоваФедеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лавёрова УрО РАН; Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. ЛомоносоваВ настоящее время для выведения избыточного количества тяжелых металлов и токсинов из живых организмов успешно применяются аэрогельные материалы в качестве энтеро- и апликационных сорбентов. Неисчерпаемой сырьевой базой для создания аэрогельных материалов являются природные биополимеры альгинат и хитозан, а также различные производные лигнина. На их основе разработано значительное количество сорбционных материалов и раневых покрытий различных типов, что связано не только с широким спектром физико-химических свойств названных полимеров и их уже доказанной медико-биологической активностью, но и с распространенностью и возобновляемостью сырьевых источников для производства данных полимеров, простотой извлечения, возможностью достижения высокой степени очистки и сравнительно невысокой ценой. Ключевой стадией синтеза аэрогельных материалов является формирование прочного гидрогеля – каркаса. Один из технологических приемов – получение интерполиэлектролитного армирующего гидрогеля. В работе предложены 2 упаковочные модели формирования структуры интерполиэлектролитных комплексов на основе пар биополимеров: «альгинат натрия – хитозан» и «лигносульфонат натрия – хитозан». Первая модель – блочная, при которой структура формируется за счет ионных связей между карбоксильными группами альгината натрия и аминогруппами хитозана, а также кооперативной системы водородных связей и дисперсионных взаимодействий. Вторая модель – агрегационно-трубчатая, структура которой образуется посредством ионных связей между сульфогруппами (в составе палочкообразных надмолекулярных структур лигносульфоната натрия) и аминогруппами хитозана, а также водородных связей и дисперсионных взаимодействий. При высушивании интерполиэлектролитных комплексов в сверхкритических условиях формируются прочные фазовые контакты, при этом изменения в структуре геля становятся необратимыми. В результате получены гидрофобные микро- и мезопористые 2-компонентные аэрогельные материалы, различающиеся внутренней структурой. Аэрогельные материалы, структура которых образована по 1-й из названных моделей, характеризуются фибриллярной структурой, а по 2-й ‒ структурными элементами сферической формы. Полученные аэрогельные материалы обладают высокой сорбционной активностью по отношению к воде и широкому кругу тяжелых металлов и низкомолекулярных токсинов. Цель работы – исследование структурно-сорбционных свойств аэрогельных материалов, основа которых – биополимеры различной структурной организации. Значительное увеличение сорбционной активности аэрогельных материалов «альгинат натрия – хитозан» в сравнении с «лигносульфонат натрия – хитозан» связано, по-видимому, с их различной надмолекулярной структурой. Действует совокупность механизмов сорбции: намокание, всасывание, диффузия, осмотические явления и химическое взаимодействие, обусловленное высокопористой структурой аэрогельных материалов и наличием сорбционно-активных центров. Для цитирования: Бровко О.С., Паламарчук И.А., Горшкова Н.А., Богданович Н.И., Ивахнов А.Д. Сорбционно-структурные свойства аэрогельных материалов на основе биополимеров // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 6. С. 190–203. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-6-190-203https://journals.narfu.ru/index.php/fj/article/view/1703биополимерылигносульфонат натрияальгинат натрияхитозанаэрогельные материалыметаллыкрасительсорбция |
| spellingShingle | Olga S. Brovko Irina A. Palamarchuk Natalia A. Gorshkova Nikolay I. Bogdanovich Artem D. Ivakhnov Сорбционно-структурные свойства аэрогельных материалов на основе биополимеров Лесной журнал биополимеры лигносульфонат натрия альгинат натрия хитозан аэрогельные материалы металлы краситель сорбция |
| title | Сорбционно-структурные свойства аэрогельных материалов на основе биополимеров |
| title_full | Сорбционно-структурные свойства аэрогельных материалов на основе биополимеров |
| title_fullStr | Сорбционно-структурные свойства аэрогельных материалов на основе биополимеров |
| title_full_unstemmed | Сорбционно-структурные свойства аэрогельных материалов на основе биополимеров |
| title_short | Сорбционно-структурные свойства аэрогельных материалов на основе биополимеров |
| title_sort | сорбционно структурные свойства аэрогельных материалов на основе биополимеров |
| topic | биополимеры лигносульфонат натрия альгинат натрия хитозан аэрогельные материалы металлы краситель сорбция |
| url | https://journals.narfu.ru/index.php/fj/article/view/1703 |
| work_keys_str_mv | AT olgasbrovko sorbcionnostrukturnyesvojstvaaérogelʹnyhmaterialovnaosnovebiopolimerov AT irinaapalamarchuk sorbcionnostrukturnyesvojstvaaérogelʹnyhmaterialovnaosnovebiopolimerov AT nataliaagorshkova sorbcionnostrukturnyesvojstvaaérogelʹnyhmaterialovnaosnovebiopolimerov AT nikolayibogdanovich sorbcionnostrukturnyesvojstvaaérogelʹnyhmaterialovnaosnovebiopolimerov AT artemdivakhnov sorbcionnostrukturnyesvojstvaaérogelʹnyhmaterialovnaosnovebiopolimerov |