Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ И СОРБЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИСАХАРИДОВ И БЕЛКОВ

Каблов В.Ф. Иощенко Ю.П. Кондруцкий Д.А.
Получение хитина и хитозана, а также композиционных материалов и функционально-активных комплексов на их основе является актуальным в связи с их природным происхождением, нетоксичностью, высокой реакционной способностью, биоразлагаемостью и широким применением в различных отраслях науки и техники.

Экономическая целесообразность использования данных биополимерных материалов связана с возможностью их использования в качестве вторичного сырья.

Хитозан - продукт дезацитилирования хитина. Технология его получения заключается в проведении щелочного гидролиза хитина.

В работе исследована возможность создания композиционных материалов на основе полимолекулярных комплексов полисахаридов - хитина, хитозана и метилцеллюлозы с белками молочной сыворотки, желатином, поливиниловым спиртом. В качестве пластификаторов использовались глицерин и этиленгликоль. Полученные композиции были исследованы в качестве конструкционных материалов; определялись деформационно-прочностные показатели, стойкость к старению, горению, водорастворимость.

Хитозан, полученный нами в лабораторных условиях щелочным гидролизом хитина, проявляет свойства, идентичные промышленным образцам, что было доказано экспериментально.

Поскольку важную роль в биополимерах играет связанная вода, то испытания были повторены через месяц, когда масса образцов стала постоянной. Лучшие результаты по механическим свойствам при испытаниях, как сразу, так и через месяц, показали пленки на основе желатина, хитина, хитозана и метилцеллюлозы, так как желатин, будучи фибриллярным белком, создает плотный и эластичный каркас. С течением времени пленки теряют прочность и эластичность, что связано с испарением воды из материала. Вода является пластификатором, обеспечивает эластичность пленкам, их большую монолитность и, возможно, является агентом, увеличивающим количество водородных связей.

Для белковых материалов, а также комплексов «полисахариды - белок» характерна повышенная стойкость к воздействию пламени. Повышенная огнестойкость связана, вероятно, с содержанием азота в белках и наличием полициклических группировок в полисахаридах, что способствует коксообразованию и, как следствие, замедлению горения.

Исследовано также влияние температуры и вводимых соединений на свойства полученных материалов. Установлено, что температурная обработка приводит к уменьшению водорастворимости пленок, а введение других соединений, например, фосфорборсодержащих олигомеров, замедляет процесс горения.

Как показали проведенные исследования по водорастворимости материалов, пленки из молочной сыворотки обладают большей устойчивостью к воздействию воды; признаки начала растворения наблюдались только после двух часов, в то время как пленки из желатина растворяются в течение часа. Это можно объяснить тем, что комплексообразование полисахаридных материалов с желатином происходит менее интенсивно, чем в случае молочной сыворотки, что связано, возможно, блокировкой функциональных групп в надмолекулярных спиралях желатина.

Композиционные материалы на основе хитина, хитозана, метилцеллюлозы и различных белковых связующих могут быть использованы в качестве конструкционных материалов (мембраны, покрытия, биоразлагаемые и огнезащитные материалы, пищевые оболочки) и сорбционных материалов (для очистки воды от фенолов и нефтепродуктов). Полученные материалы легко утилизируются, не нанося вред окружающей среде.

Большой интерес представляет исследование сорбционной способности хитина, хитозана, метилцеллюлозы. Качество очистки сточной воды от фенола и нефтепродуктов полисахаридными материалами проверялось на анализаторе жидкости «Флюорат-02».

В результате проведенных экспериментов получено, что лучшей сорбционной способностью обладают хитозан и смесь на основе полисахаридов.

Относительно высокая массовая сорбция объясняется, вероятно, как хемосорбцией окисленных фрагментов нефтешлама, так и высокопористой структурой материалов. Оседающие на дно мелкодисперсные частицы веществ, заполненные нефтешламом, являются менее вредными для донных микроорганизмов, чем частицы нефтепродуктов, так как для этих микроорганизмов хитин, хитозан и метилцеллюлоза являются питательной средой.

Сочетание в полимолекулярном комплексе хитина, хитозана, метилцеллюлозы и белка обусловливает широкий спектр их свойств и позволяет использовать дорогостоящие вещества в минимальном количестве.

Нами проводятся также исследования по использованию полисахаридов и белков как легкодоступных материалов, имеющихся в природе и обладающих ценными свойствами, для создания эффективных сорбентов ионов поливалентных металлов.

Параллельно решается проблема утилизации молочной сыворотки - основного отхода молочного производства. Ежегодно в мире образуется свыше 80 млн. тонн молочной сыворотки, 50 % из которых сливается в канализацию и это при том, что очистка 1 м3 сточных вод с высоким содержанием молочной сыворотки приравнивается к очистке 400 м3 типичных промышленных стоков.

Действием коллоидного раствора хитозана с небольшим содержанием полиаминов на молочную сыворотку, удаётся осадить сывороточные белки в виде белок-полисахаридного комплекса. На его основе нами получены хелатообразующие полимерные материалы, которые достаточно эффективно поглощают ионы металлов в широком диапазоне pH.

Реакцией фосфонометилирования белок-хитозанового комплекса синтезированы полиамфолиты, трёхмерный каркас которых построен из цепей, содержащих звенья с хелатогенными фосфиновыми группировками. Такие фосфоразотсодержащие полиамфолиты начинают сорбировать ионы металлов уже в сильнокислой среде и величина сорбции довольно быстро возрастает с ростом рН. Они характеризуются высокой статической обменной ёмкостью и избирательностью по отношению к некоторым металлам.

Нами показано, что совместное присутствие в структуре синтезированного нами сорбционного материала амино- и гидроксильных групп хитозана, NH- и C=O-групп основной цепи белка, а также функциональных групп боковых цепей, которые содержат фрагменты цистеина, метионина, серина, треонина, и остатка фосфорноватистой кислоты обусловливает образование большого числа водородных связей и полиядерных комплексов.

Исследован процесс сорбции металлов из растворов солей. Нами установлено, что по сорбционной способности исследованные ионы можно разделить на несколько групп. В одну входят Cu2+ и Zn2+, в другую Co2+, Ni2+ и к третьей группе можно отнести Fe3+. Внутри каждой группы зависимость сорбции ионов от величины pH практически одинакова.

Сорбенты такого типа легко синтезируются из указанных биополимеров и их использование представляется весьма перспективным.


Библиографическая ссылка

Каблов В.Ф., Иощенко Ю.П., Кондруцкий Д.А. НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ И СОРБЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИСАХАРИДОВ И БЕЛКОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2004. – № 4. – С. 87-88;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=21919 (дата обращения: 06.06.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074