Использование химической модификации целлюлозы для разработки сорбентов ионов тяжелых металлов

В настоящее время загрязнение биосферы тяжелыми металлами стало одной из глобальных проблем, обусловленных их поступлением в окружающую среду с промышленными сточными водами, твердыми отходами и газовыми выбросами. Рассеянные металлы способны концентрироваться в растениях, водоемах, почве, а затем с продуктами питания, питьевой водой и воздухом поступать в организм человека. Существует огромное количество материалов полисахаридной природы, обладающих хорошими, но недостаточно высокими сорбционными свойствами. В связи с этим актуальной является задача разработки сорбентов, способных эффективно извлекать ионы тяжелых металлов из водных сред [1].

Цель данной работы - разработка сорбента на основе целлюлозы с использованием химической модификации для улучшения сорбционных свойств нативного сорбента.

Для модификации использовали хлопковую целлюлозу (ГОСТ 595-79), которую предварительно кипятили с 5 %-м раствором NaHCO3 для очистки от примесей и высушивали до постоянного веса. Воздушно сухие образцы целлюлозы имели влажность 8 %.
Модифицирующим агентом служил полидон А - 10-15%-ный водный раствор поливинилпирролидона (ПВП) - водорастворимый полимер, обладающий целым рядом уникальных свойств. Высокая склонность к комплексообразованию, отсутствие токсичности, хорошая растворимость в различных растворителях, обеспечивает ему широкое применение в текстильной, бумажной, пищевой, фармацевтической промышленности, в медицине, косметике и многих других областях [2].

Для модифицирования целлюлозы поливинилпирролидоном необходимо раскрыть его лактамный цикл [3]. Для этого проводили гидролиз ПВП в различных условиях с использованием серной кислоты и щелочи: образцы в запаянных пробирках выдерживали в термостате в течение 10 мин при температуре 210° С и охлаждали. Для установления раскрытия лактамного цикла были сняты ИК- спектры исходного ПВП и обработанных образцов ПВП. При сравнении ИК- спектров исходного ПВП (1) и ИК- спектра ПВП, подвергнутого гидролизу в присуствие раствора серной кислоты (2) было обнаружено их различие: на ИК- спектре образца (2) имеются два пика, указывающих на то, что лактамный цикл раскрылся и образовались две группы - амино- и карбоксильная.
Затем навеску целлюлозы выдерживали в растворе ПВП с раскрытым лактамным циклом, высушивали в сушильном шкафу, не допуская потемнения образца, обозначающего деструкцию целлюлозы.

Установлено, что степень извлечения ионов Cu(II) сорбентом, полученным путем модифицирования целлюлозы ПВП, из растворов с концентрацией ионов меди 1,5*10-4 моль/л возрастает по сравнению с нативной целлюлозой и достигает 97 %.

1 Никитин В.М., Оболенская А.В., Щеголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. М.: Лесная промышленность, 1978. 368 с.
2 Кирш Ю. Э. Поли-Ы-винилпирролидон и другие поли-Ы-виниламиды: Синтез и физико-химические свойства. М.: Наука, 1998. 252с.
3 Сидельковская Ф.П., Химия N-винилпирролидона и его полимеров. М: Наука, 1970. 150 с.

Дубасова Ю.А., Карасева Е.Н.