Природный сорбент из сибирской ели очистит воду от тяжелых металлов

Благодаря химической обработке у окисленного природного биополимера из еловых опилок — галактоглюкоманнана — возросла активность поглощать токсичные ионы свинца, меди и кадмия. Исследование открывает перспективы для создания новых безопасных фильтров и сорбентов.

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 тяжёлых 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, которые легко притягивают ионы тяжелых металлов за счет своего отрицательного заряда.

В результате модифицированный сорбент значительно лучше справлялся с очисткой загрязнённой 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 определённое 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 тяжёлыми 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 Юрий Маляр, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН.

Исследование поддержано Российским научным фондом. Подобные разработки могут стать основой для планируемого в регионе научно-производственного кампуса. Интеграция фундаментальных исследований с промышленными предприятиями позволит ускорить внедрение технологий переработки угля.