Рослинні відходи як джерело для створення сорбційних матеріалів
Розробка способів отримання нових сорбентів для очищення водних джерел від йонів металічних елементів. Розробка малостадійних технологічних процесів з використанням відновлюваної рослинної сировини. Фізико-хімічне модифікування рослинної сировини.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | статья |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 16.09.2024 |
| Размер файла | 180,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Національний педагогічний університет імені М.П. Драгоманова
РОСЛИННІ ВІДХОДИ ЯК ДЖЕРЕЛО ДЛЯ СТВОРЕННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ
Прибора Наталія Андріївна
канд. пед. наук, доцент, доцент кафедри хімії
Жукова Дар'я Сергіївна студентка
Анотація
Численні техногенні забруднення, призвели до проблем, пов'язаних із погіршенням екологічного стану довкілля у результаті забруднення шкідливими і токсичними речовинами. Як наслідок перед науковцями постали задачі з розробки способів отримання нових сорбентів для очищення, передусім, водних джерел, зокрема від йонів металічних елементів. Перспективними у цьому напрямку вважаються лігноцелюлозні матеріали, створені на основі відходів переробки рослинної сировини. Ключові слова: рослинні відході, лігноцелюлозні матеріали, сорбенти.
Виклад основного матеріалу
Одним з перспективних напрямків «зеленої хімії» є розробка малостадійних технологічних процесів з використанням відновлюваної рослинної сировини. До таких ресурсів відносять геміцелюлозу, целюлозу та лігнін. Природні біополімери рослинного походження мають цілий ряд цінних властивостей, завдяки яким вони можуть бути використані в хімічній, харчовій та фармацевтичній промисловості. Особливо цікавим є те, що цю сировину можна використовувати в виробництві матеріалів та продуктів призначених для покращення екології навколишнього середовища.
Лісова промисловість та сільське господарство є одними з провідних галузей матеріального виробництва в Україні. А разом з тим і найбільшими джерелами утворення твердих відходів: тирси, стружки, качанів кукурудзи, соломи, бурякового жому, кісточок фруктів, шкаралупи горіхів, виноградних та яблучних вичавок тощо. В країнах з розвинутою промисловістю відходи полімерних матеріалів, які повільно розкладаються в природних умовах, складають серйозну загрозу як джерело забруднення навколишнього середовища. Наразі близько 30 % полімерних відходів спалюється, а 30 % підлягають повторній переробці. Утилізація їх згідно з європейською практикою передбачає повторне використання в якості сировини для створення різноманітних матеріалів: кормових добавок, добрив, пелет, сорбентів. У зв'язку з цим, однією з актуальних задач використання рослинної сировини є розробка способів отримання нових сорбентів на основі лігноцелюлозних (ЛЦ) матеріалів, що дозволить виробляти різноманітний асортимент недорогих сорбентів.
Інтерес до використання відновлюваної сировини не новий. Розробки перших методик одержання сорбентів із біосировини починались ще у минулому столітті. Вони ґрунтувались на використанні відходів переробки деревини як легкодоступної і недорогої сировини. Запропоновані способи одержання сорбентів були багатостадійними, передбачали попереднє розділення на компоненти. Одержані за цими методиками матеріали добре вивчені щодо їх здатності видалення зі стічних вод різноманітних екотоксикантів, зокрема, барвників, мастил, солей і важких металів [8]. Наразі існує ряд робіт, присвячених створенню дешевих сорбційних матеріалів, зокрема і без розділення рослинної тканини на окремі високомолекулярні складові. Ціла низка робіт присвячена сорбентам на основі відходів сільського господарства (лушпиння соняшнику, рису, гречки, качанів кукурудзи, кірок апельсинів і бананів, пальмових і бавовняних волокон тощо). Аналіз літературних джерел свідчить, що цінним видом сировини для створення сорбентів є насіння різних видів рослин [1, 3-6]. Так, досліджено можливість використання насіння Caesalpinia Bonducella [1], тропічних фруктів Psidium guajava [5] та Carica papaya [4], та індійського дерева Polyalthia Longifolia [6], та Strychnos [2] для видалення йонів Cu2 - , Ni2 - , Pb2 - , Cd2 - із водних розчинів. Сорбційна ємність одержаних матеріалів становить 16,42-188,7 мг/г в залежності від виду рослинної сировини.
Відомий спосіб отримання гранульованого сорбенту на основі деревного моху Sphagnum fuscum (сфагновий, або торф'яний мох) [7]. Добре висушену деревину подрібнюють до розміру частинок 0,1-0,3 мм. Наступним етапом є змішування з 10-% водним розчином полівінілпіролідину. Далі матеріал гранулюють, висушують і повторно гранулюють. Залишкова волога вже висушених гранул складає не більше 30-35%. Адсорбційна активність одержаних матеріалів за метиленовим синім - 86-327 мг/г. Недоліками такого способу є:
• складність дістати дану сировину;
• використання додаткової органічної речовини;
• ускладнення процесу виготовлення сорбенту за рахунок необхідності грануляції сировини.
Ряд робіт стосується розробки методик фізико-хімічного модифікування біосировини та одержання лігноцелюлозних матеріалів методом кислотнолужного гідролізу рослинних відходів. Мета модифікування - збільшення питомої поверхні та вмісту характеристичних груп для формування центрів сорбції. Схема та параметри здійснення процесів наведено на рис. 1 [9].
У результаті такої обробки змінюються склад та структура біомаси - руйнується та вимивається частина целюлози, а на тих місцях з'являється пористість. Також збільшується у 1,5-3 рази питома поверхня рослинних матеріалів, а об'єм адсорбційних пор - до 30 разів (табл. 1). Одержані матеріали мають високу сорбційну ємність, що дозволяє використовувати їх як потенційні ефективні сорбенти [9].
Рис. 1 Схема та параметри процесів фізико-хімічного модифікування рослинної сировини [9]
рослинний сорбент сировина очищення
Таблиця 1
Структура вихідної та модифікованої рослинної сировини [9]
|
Сировина |
Об'єм адсорбційних пор за бензолом, см3/г |
Площа поверхні (ВЕТ), м2/г |
|||
|
до |
після |
до |
після |
||
|
Лузга гречки |
0 |
0,19 |
0,9 |
2,6 |
|
|
Лузга соняшника |
0 |
0,18 |
1,3 |
3,7 |
|
|
Лузга рису |
0 |
0,17 |
0,5 |
0,9 |
|
|
Какаовела |
0 |
0,23 |
3,4 |
4,5 |
|
|
Кукурудзяні стрижні |
0 |
0,18 |
0,8 |
1,3 |
|
|
Горіхова шкаралупа |
0 |
0,22 |
3,3 |
4,4 |
|
|
Вишнева кісточка |
0 |
0,21 |
3,2 |
4,3 |
|
|
Абрикосова кісточка |
0 |
0,25 |
3,4 |
4,6 |
Інтерес дослідників останніх років спрямований на використання у якості біосорбентів плодоовочевої маси. Він зумовлений рядом факторів. Невикористані відходи переробки плодів створюють ризики забруднення довкілля - плодів переробляють десятки тон, а вичавки з них становлять 20 - 25%. Ці відходи є цінною сировиною - вони містять значну кількість целюлози, геміцелюлози і лігніну, що виявляють сильні сорбційні властивості до важких металів. Така доступність сировини та її фізико-хімічні характеристики зумовили інтерес дослідників до розробки методик виготовлення лігноцелюлозних сорбентів на основі відходів переробки яблук.
Немодифіковані яблучні вичавки неефективні як сорбенти. Роботи дослідників стосуються створення яблучних композитів з MgO, гідроксиапатитом, метилакрилатом та іншими наночастинками. Досліджують параметри сорбції в залежності від способу модифікування, кислотності середовища, тривалості процесу, складу та концентрації сорбату.
Одержані попередні результати дозволяють зробити висновок, що яблучні вичавки можуть бути перспективним сорбційним матеріалом для вилучення йонів металічних елементів із стічних вод. Дослідження у цьому напрямку тривають.
Список використаних джерел
1. Abdelwahab O., ElSikaily A., Khaled A., ElNemr A. Mass-transfer processes of chromium(VI) adsorption on toguava seeds // Chemistry and Ecology. 2007. Р. 73-85.
2. Gautam R. K., Sharma S. K., Sanghi R. Biosorption of heavy metals: recent trend sand challenges // Wastewater Reuse and management, Springer. - London. 2013. Р. 305-322.
3. Gryko, K.; Kalinowska, M.; Swiderski, G. The Use of Apple Pomace in Removing Heavy Metals from Water and Sewage. Environ. Sci. Proc. 2021. № 9, 24. URL: https://doi.org/10.3390/environsciproc2021009024
4. Hadi N.B, Rohaizer N. A., Sien W. C. Removal of Cu(II) from water by adsorption on papaya seed // Asian Transon Eng. 2011. № 1(5) P. 49-55.
5. Musah M., Birnin-Yauri U. Detoxification of Pb2 - and Cr3 - ions using derived palm kernel shell adsorbent // Proceedings of the 34 - th International Conference Chemical Society of Nigeria. 2011. №9. P. 102-107.
6. Rao F, R. A. K., Rehman J. Use of Polyalthialon gifolia Seeds (Seeds of Indian Mast Tree) as Adsorbent for the Removal of Cd(II) from Aqueous Solution // Dispersion Sci Technol. 2012. № 33. P. 472481.
7. Матвеева О.Л. Бондарець Ю.В. Дослідження характеру сорбції матеріалу на основі торф'яного мха роду Sphagnum // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2014. №5/10 ( 71 ). С. 30-35.
8. Барбаш В. А., Антоненко Л.П., Дейкун І.М. Методичні вказівки до лабораторних робіт з хімії рослинної сировини та целюлози для студентів спеціальності "Хімічна технологія переробки деревини і рослинної сировини". Київ, НТУУ "КПІ". 2003. 71с.
9. Ніколайчук А.А. Синтез і фізико-хімічні властивості лігноцелюлозних матеріалів. Автореф. дис.... канд. хім. наук.: 02.00.04. Київ, 2021.24 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Історія вивчення клітини, характеристика клітинної теорії. Дослідження будови рослинної клітини: ультра структура (мікроскопічна будова); біологічні мембрани та їх функції; цитоскелет, мікротрубочки і мікрофіломенти; ядро; ендоплазматична сітка; рибосоми.
реферат [5,7 M], добавлен 08.12.2010Виробництво плодоовочевих консервів, вибір сировини: цільове призначення, імунітет плодів і овочів до захворювань, викликаних мікроорганізмами. Епіфітна і фітопатогенна мікрофлора плодоовочевої і допоміжної сировини. Міри попередження і зниження втрат.
реферат [18,5 K], добавлен 03.11.2011Характеристика родини Складноцвітні (Asteraceae). Екологічні особливості. Відмітні ознаки видів роду Matricari. Генетичні типи Ромашки аптечної, екологія і ареал розповсюдження. Ідентифікація різних генетичних типів для отримання високоякісної сировини.
реферат [4,3 M], добавлен 10.03.2009Виробництво і реалізація продукції на ККЗБН "Росинка". Оцінювання якості сировини і допоміжних матеріалів, готової продукції та відходів виробництва. Сировина та її зберігання. Виробництво безалкогольних напоїв. Допоміжні цехи і механічні майстерні.
отчет по практике [2,7 M], добавлен 24.02.2015Екологічні групи рослин за вимогами до води, світла, ґрунту та способом живлення. Структура і компоненти рослинної та тваринної клітини. Будова, види, основні функції їх тканин. Системи органів тварин і рослин. Типи їх розмноження. Засоби охорони природи.
курсовая работа [860,8 K], добавлен 28.12.2014Фізико-географічні умови Київської області. Характеристики та проблеми збереження весняних ефемероїдів флори регіону. Методи вивчення популяцій ефемероїдів. Створення нових природно-заповідних об’єктів. Ефективність охорони весняних ефемероїдів.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 08.10.2014Застосування ферментів в промисловості. Протеїнази, амілази і амілоглікозидази. Іммобілізовані ферменти. Добування хімічних речовин з біологічної сировини. Добування металів за допомогою біотехнологій. Біогеотехнологія.
реферат [196,6 K], добавлен 04.04.2007Використання методів біотехнології для підвищення продуктивності сільськогосподарських культур. Розширення і покращення ефективності біологічної фіксації атмосферного азоту. Застосування мікроклонального розмноження. Створення трансгенних рослин.
курсовая работа [49,7 K], добавлен 23.07.2011Дослідження структури атмосфери - повітряної оболонки нашої планети. Характеристика видів антропогенного забруднення атмосфери та способів її очищення. Аналіз гранично припустимих концентрацій різних речовин в атмосферному повітрі населених пунктів.
реферат [26,4 K], добавлен 24.04.2010Характеристика біотехнології отримання ембріонів in vitro, напрямки та перспективи її вдосконалення. Умови середовища культивування ооцит-кумулюсних комплексів. Впровадження біоритмічно осцилюючих параметрів культивування біологічних мікрооб’єктів.
статья [150,5 K], добавлен 21.09.2017Вода - найважливіша складова середовища нашого існування. Розподіл води у тканинах організму людини. Вивчення впливу водних ресурсів на здоров’я. Дослідження основних показників якості питної води. Кількість добової норми рідини та правила її вживання.
реферат [20,9 K], добавлен 02.03.2013Фундаментальні принципи, методи, перспективи розвитку і застосування нанотехнологій з використанням мікроорганізмів та продуктів їх життєдіяльності. Виробництво наноматеріалів за допомогою мікроорганізмів, використання їх специфічних властивостей.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.01.2016Місця поширення, історичне значення та біологічні особливості ефіроолійних культур, їх значення для людини. Загальна характеристика ефіроолійних рослин як кормових культур, а також основні шляхи їх використання в якості лікарської та харчової сировини.
курсовая работа [753,2 K], добавлен 21.09.2010Життєві форми водних рослин і їх класифікація. Основні типи водних макрофітів. Значення гідроекологічної флори в самоочищенні водойм, макрофіти як індикатори екологічного стану водойми. Характеристики окремих рідкісних та типових видів водної рослинності.
курсовая работа [48,3 K], добавлен 21.09.2010Фізико-хімічні, біологічні, фармакологічні властивості і застосування металів нанорозмірів. Методи отримання та характеристика наночастинок золота, їх взаємодія з білками, з бактеріальними клітинами; вплив на ферментативну активність пухлинних клітин.
презентация [362,3 K], добавлен 20.09.2013Сучасний стан проблеми інформаційних технологій в молекулярній та клітинній біології. Приклади створення відповідних математичних і комп'ютерних моделей та програм: модель віртуальної клітини та гідролізу крохмалю. Моделювання очищення стічних вод.
контрольная работа [21,7 K], добавлен 26.12.2010Обґрунтування вибору методу та місця впровадження біотехнологічного виробництва. Характеристика біологічного агенту, сировини та допоміжних речовин. Механізм біотехнологічного процесу виробництва бета-каротину. Стандартизація та контроль якості продукції.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 19.06.2013Ознайомлення з результатами фітохімічного дослідження одного з перспективних видів рослин Українських Карпат - волошки карпатської. Розгляд залежності вмісту досліджуваних біологічно активних речовин від виду сировини. Аналіз вмісту фенольних сполук.
статья [23,3 K], добавлен 11.09.2017Поняття та характеристика типів водних макрофітів, їх властивості та біологічні особливості. Макрофіти як індикатори екологічного стану водойми, значення гідроекологічної флори в самоочищенні водойм. Опис окремих рідкісних та типових видів макрофітів.
курсовая работа [39,7 K], добавлен 21.09.2010На основі вивчених еколого-біологічних властивостей рослин водних та прибережно-водних біоценозів проведення визначення стану їхніх ценозів русла річки Сіверський Донець. Визначення видів біоіндикаторів водного середовища, екологічні особливості видів.
курсовая работа [63,9 K], добавлен 07.05.2009
