Дослідження хімічної природи та поверхневих властивостей дисперсних наповнювачів рослинного походження

Автор(и)

  • Yuliya Danchenko Харківський національний університет будівництва та архітектури вул. Сумська, 40, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0003-3865-2496
  • Artem Kariev Харківський національний університет будівництва та архітектури вул. Сумська, 40, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-7726-0359
  • Vladimir Andronov Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0001-7486-482X
  • Anna Cherkashina Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-5239-6364
  • Vladimir Lebedev Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0001-6934-2349
  • Tetiana Shkolnikova Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-3803-4156
  • Oleksii Burlutskyi Український державний університет залізничного транспорту пл. Фейєрбаха, 7, м. Харків, Україна, 61050, Україна https://orcid.org/0000-0003-1902-5809
  • Anatoliy Kosse Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0001-8490-0695
  • Yuriy Lutsenko Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-7393-9268
  • Dayana Yavors'ka Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна пл. Свободи, 4, м. Харків, Україна, 61022, Україна https://orcid.org/0000-0003-0670-4052

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.193383

Ключові слова:

рослинні відходи, поверхня, хімічна природа, функціональна група, кислотно-основні характеристики

Анотація

Досліджено хімічну природу та поверхневі властивості дисперсних наповнювачів рослинного походження: гречаного (ГЛ) та вівсяного (ВЛ) лушпиння, деревного (ДБ) та хвойного (ХБ) борошна. Методом ІЧ-спектроскопії встановлено, що у складі компонентів наповнювачів переважають кисневмісні атомні групи –ОН, −С−О−, −С=O. Виявлено, що на поверхні повітряно-сухих наповнювачів присутній гідроксильно-гідратний шар функціональних груп. Методом потенціометричного титрування водних суспензій за способом Паркса – Бобиренка встановлено, що усі наповнювачі відносяться до типу «поліфункціональне тверде тіло». Показано, що гідроксильно-гідратний поверхневий шар складається з функціональних груп, які мають близькі величини кислотно-основних характеристик. На поверхні наповнювачів додатково виявлені функціональні групи кислотного характеру: на поверхні ГЛ групи з pKa≈4,37−5,66, на поверхні БХ групи з pKa≈4,49−4,90, а на поверхні ДБ групи з pKa≈3,91−4,30. В результаті потенціометричного титрування показано, що кислотність поверхні наповнювачів знижується у ряду ДБ>ХБ>ГЛ>ВЛ, який співпадає з рядом, в якому зменшується сумарний вміст целюлози і лігніну та зростає стійкість наповнювачів до термоокислювальної деструкції. Виявлено, що швидкість гідролітичних процесів у водних суспензіях на межі поділу фаз зменшується у ряду ВЛ>ХБ>ГЛ>ДБ та оберненопропорційно залежить від концентрації функціональних груп на поверхні наповнювачів, а також, що зміна швидкості гідролітичних процесів на межі поділу фаз в залежності від вмісту наповнювачів описується ступеневими функціями. Встановлено, що для ефективного застосування досліджуваних дисперсних відходів у композиційних матеріалах та в якості адсорбентів для вилучення забруднюючих речовин з рідин необхідні дисперсійні середовища з наступними діапазонами водневого показника: для ГЛ – рН>4,4; ВЛ − рН>6,4; ДБ − рН>3,9; БХ − рН>4,5. Отримані результати дозволяють прогнозувати та регулювати кислотно-основні міжфазні взаємодії, а також обґрунтовано підходити до розробки нових ефективних технологій

Біографії авторів

Yuliya Danchenko, Харківський національний університет будівництва та архітектури вул. Сумська, 40, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра загальної хімії

 

Artem Kariev, Харківський національний університет будівництва та архітектури вул. Сумська, 40, м. Харків, Україна, 61002

Аспірант

Кафедра загальної хімії

Vladimir Andronov, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Доктор технічних наук, професор

Науково-дослідний центр

Anna Cherkashina, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технологи пластичних мас та біологічно активних полімерів

Vladimir Lebedev, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технологи пластичних мас та біологічно активних полімерів

Tetiana Shkolnikova, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, доцент 

Кафедра загальної та неорганічної хімії

Oleksii Burlutskyi, Український державний університет залізничного транспорту пл. Фейєрбаха, 7, м. Харків, Україна, 61050

Кандидат технічних наук

Кафедра механіки та проектування машин

Anatoliy Kosse, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра пожежної профілактики в населених пунктах

Yuriy Lutsenko, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра пожежної профілактики в населених пунктах

Dayana Yavors'ka, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна пл. Свободи, 4, м. Харків, Україна, 61022

Кафедра екологічної безпеки та екологічної освіти

Посилання

  1. Zini, E., Scandola, M. (2011). Green composites: An overview. Polymer Composites, 32 (12), 1905–1915. doi: https://doi.org/10.1002/pc.21224
  2. Petchwattana, N., Covavisaruch, S. (2013). Effects of rice hull particle size and content on the mechanical properties and visual appearance of wood plastic composites prepared from poly(vinyl chloride). Journal of Bionic Engineering, 10 (1), 110–117. doi: https://doi.org/10.1016/s1672-6529(13)60205-x
  3. Sadritdinov, A. R., Lazdin, R. Y., Zakharova, E. M., Shurshina, A. S., Zakharov, V. P., Kulish, E. I. (2018). Ways to improve physico-mechanical properties of polymer composites on the basis of secondary polypropylene and natural extenders. Letters on Materials, 8 (4), 406–409. doi: https://doi.org/10.22226/2410-3535-2018-4-406-409
  4. Vaickelionis, G., Valančienė, V. (2016). Lightweight Concrete with an Agricultural Waste – Buckwheat Husk. Materials Science, 22 (1), 98–104. doi: https://doi.org/10.5755/j01.ms.22.1.8662
  5. Andrzejewski, J., Barczewski, M., Szostak, M. (2019). Injection Molding of Highly Filled Polypropylene-based Biocomposites. Buckwheat Husk and Wood Flour Filler: A Comparison of Agricultural and Wood Industry Waste Utilization. Polymers, 11 (11), 1881. doi: https://doi.org/10.3390/polym11111881
  6. Moreira, A. A., Mali, S., Yamashita, F., Bilck, A. P., de Paula, M. T., Merci, A., Oliveira, A. L. M. de. (2018). Biodegradable plastic designed to improve the soil quality and microbiological activity. Polymer Degradation and Stability, 158, 52–63. doi: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2018.10.023
  7. Battegazzore, D., Noori, A., Frache, A. (2018). Natural wastes as particle filler for poly(lactic acid)-based composites. Journal of Composite Materials, 53 (6), 783–797. doi: https://doi.org/10.1177/0021998318791316
  8. Zaaba, N. F., Ismail, H. (2019). Thermoplastic/Natural Filler Composites: A Short Review. Journal of Physical Science, 30 (1), 81–99. doi: https://doi.org/10.21315/jps2019.30.s1.5
  9. Danchenco, Y. M., Karev, A. I., Lebedev, V. V., Zavinsky, S. I., Troshin, O. G. (2017). Creation of environmentally safe materials and products based on secondary polyolefins and organic disperse fillers. Intehrovani tekhnolohiyi ta enerhozberezhennia, 4, 94–97.
  10. Kariev, A. I., Danchenko, Yu. M., Yavorska, D. G., Lebedev, V. V., Troshin, O. G., Zavinsky, S. I. (2017). Acid-basic properties of the surface of organic fillers for polymer composites. Bulletin of National Technical University «KhPI». Series: Innovation researches in students’ scientific work, 41 (1263), 93–97.
  11. Lim, L. A., Makeich, D. A., Prishchenko, N. A., Zabolotnaya, A. M., Reutov, V. A., Kovaleva, E. V. (2015). Poluchenie lignotsellyuloznyh polimernyh kompozitov na osnove grechnevoy sheluhi i polietilena. Mezhdunarodniy zhurnal prikladnyh i eksperimental'nyh issledovaniy, 6, 514.
  12. Reutov, V. A., Lim, L. A., Zabolotnaya, A. M., Prishchenko, N. A., Anufriev, A. V., Pustovalov, E. V. (2016). Vliyanie sostava napolnitelya na svoystva lignotsellyuloznogo polimernogo kompozitsionnogo materiala. Sb. materialov Vtorogo mezhdistsiplinarnogo molodezhnogo nauchnogo foruma s mezhdunarodnym uchastiem «Novye materialy». Moscow: Interkontaktnauka, 69–71.
  13. Shkuro, A. E., Gluhih, V. V., Muhin, N. M. (2016). Poluchenie i izuchenie svoystv drevesno-polimernyh kompozitov s napolnitelyami iz othodov rastitel'nogo proishozhdeniya. Lesnoy vestnik, 20 (3), 101–105.
  14. Yan, L., Chouw, N., Jayaraman, K. (2014). Flax fibre and its composites – A review. Composites Part B: Engineering, 56, 296–317. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.08.014
  15. Bajwa, S. G., Bajwa, D. S., Holt, G., Coffelt, T., Nakayama, F. (2011). Properties of thermoplastic composites with cotton and guayule biomass residues as fiber fillers. Industrial Crops and Products, 33 (3), 747–755. doi: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2011.01.017
  16. Binhussain, M. A., El-Tonsy, M. M. (2013). Palm leave and plastic waste wood composite for out-door structures. Construction and Building Materials, 47, 1431–1435. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.06.031
  17. Kengkhetkit, N., Amornsakchai, T. (2014). A new approach to “Greening” plastic composites using pineapple leaf waste for performance and cost effectiveness. Materials & Design, 55, 292–299. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.10.005
  18. Danchenko, Y., Andronov, V., Kariev, A., Lebedev, V., Rybka, E., Meleshchenko, R., Yavorska, D. (2017). Research into surface properties of disperse fillers based on plant raw materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (89)), 20–26. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.111350
  19. Danchenko, Y., Andronov, V., Teslenko, M., Permiakov, V., Rybka, E., Meleshchenko, R., Kosse, A. (2018). Study of the free surface energy of epoxy composites using an automated measurement system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (12 (91)), 9–17. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.120998
  20. Danchenko, Y., Kachomanova, M., Barabash, Y. (2018). The Acid-Base Interaction Role in the Processes of the Filled Diane Epoxy Resins Structuring. Chemistry & Chemical Technology, 12 (2), 188–195. doi: https://doi.org/10.23939/chcht12.02.188
  21. Danchenko, Y. M., Popov, Y. V., Barabash, E. S. (2016). Influence of acid-base properties of the surface of polymineral fillers on the structure and characteristics of epoxy composites. Voprosy Khimii I Khimicheskoi Tekhnologii, 3 (107), 53–60.
  22. Zemnuhova, L. A., Tomshich, S. V., Shkorina, E. D., Klykov, A. G. (2014). Polisaharidy iz othodov proizvodstva grechihi. Zhurnal prikladnoy himii, 77 (7), 1192–1196.
  23. Zemnuhova, L. A., Makarenko, N. V., Tishchenko, L. Ya., Kovaleva, E. V. (2009). Issledovanie aminokislotnogo sostava v othodah proizvodstva risa, grechihi i podsolnechnika. Himiya rastitel'nogo syr'ya, 3, 147–149.
  24. Zemnuhova, L. A., Budaeva, V. V., Fedorishcheva, G. A., Kaydalova, T. A., Kurilenko, L. N., Shkorina, E. D., Il'yasov, S. G. (2009). Neorganicheskie komponenty solomy i sheluhi ovsa. Himiya rastitel'nogo syr'ya, 1, 147–152.
  25. Zemnuhova, L. A., Shkorina, E. D., Fedorishcheva, G. A. (2005). Issledovanie neorganicheskih komponentov sheluhi i solomy grechihi. Zhurnal prikladnoy himii, 78 (2), 329–333.
  26. Mitrofanov, R. Yu., Zolotuhin, V. N., Budaeva, V. V. (2010). Izuchenie himicheskogo sostava vodnogo ekstrakta solomy ovsa (AVENA SATIVA L.) i issledovanie ego rostoreguliruyushchih svoystv. Polzunovskiy vestnik, 4, 174–179.
  27. Zabolotnaya, A. M., Lim, L. A., Reutov, V. A., Anufriev, A. V., Rudenko, A. A., Yarygin, D. V., Hrebtov, A. A. (2015). Nekotorye aspekty kompleksnoy tehnologii pererabotki luzgi grechihi. Vestnik Yugorskogo gosudarstvennogo universiteta, 2 (37), 99–101.
  28. Nakamura, Y., Ono, Y., Saito, T., Isogai, A. (2019). Characterization of cellulose microfibrils, cellulose molecules, and hemicelluloses in buckwheat and rice husks. Cellulose, 26 (11), 6529–6541. doi: https://doi.org/10.1007/s10570-019-02560-4
  29. Franco-Marquès, E., Méndez, J. A., Pèlach, M. A., Vilaseca, F., Bayer, J., Mutjé, P. (2011). Influence of coupling agents in the preparation of polypropylene composites reinforced with recycled fibers. Chemical Engineering Journal, 166 (3), 1170–1178. doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2010.12.031
  30. Vurasko, A. V., Driker, B. N., Mertin, E. V., Bliznyakova, E. I., Nikoforov, A. F., Stoyanov, O. V. (2012). Issledovanie svoystv polimernyh materialov iz solomy i sheluhi ovsa. Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta, 15 (2), 155–157.
  31. Vurasko, A. V., Driker, B. N., Mertin, E. V., Sivakov, V. P., Nikiforov, A. F., Maslakova, T. I., Bliznyakova, E. I. (2012). Poluchenie i primenenie polimerov iz nedrevesnogo rastitel'nogo syr'ya. Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta, 15 (6), 128–132.
  32. Yamansarova, E. T., Gromyko, N. V., Abdullin, M. I., Kukovinets, O. S., Zvorygina, O. B. (2016). The study of adsorption properties of materials on the base of vegetable raw materials with organic and inorganic impurites. Vestnik Bashkirskogo universiteta, 21 (1), 73–77.
  33. Ivleva, A. R., Kanarskaya, Z. A., Gematdinova, V. M. (2016). Adsorbtsionnye svoystva pishchevoy kletchatki, poluchennoy iz vtorichnyh resursov pererabotki zernovyh kul'tur. Vestnik tehnologicheskogo universiteta, 19 (16), 118–120.
  34. Melnyk, L., Bessarab, O., Matko, S., Malovanyy, M. (2015). Adsorption of Heavy Metals Ions from Liquid Media by Palygorskite. Chemistry & Chemical Technology, 9 (4), 467–470. doi: https://doi.org/10.23939/chcht09.04.467
  35. Tomczak, E., Kamiński, W., Szczerkowska, D. (2013). Fractional Derivatives for Description of Sorption Kinetics in the Plant Sorbent - Metal Ions System. Ecological Chemistry and Engineering S, 20 (3), 499–506. doi: https://doi.org/10.2478/eces-2013-0037
  36. Chen, J., Yang, P., Song, D., Yang, S., Zhou, L., Han, L., Lai, B. (2013). Biosorption of Cr(VI) by carbonized Eupatorium adenophorum and Buckwheat straw: thermodynamics and mechanism. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 8 (6), 960–966. doi: https://doi.org/10.1007/s11783-013-0612-2
  37. Ikonnikova, K. V., Ikonnikova, L. F., Minakova, T. S., Sarkisov, Yu. S. (2011). Teoriya i praktika rN-metricheskogo opredeleniya kislotno-osnovnyh svoystv poverhnosti tverdyh tel. Tomsk: Izd-vo Tomsk. politehn. un-ta, 85.
  38. Ly Thi Ien, Hohlov, V. Yu., Selemenev, V. F., Bel'chinskaya, L. I. (2011). Kinetika i sorbtsionnoe ravnovesie ionov ammoniya na prirodnom i kislotnoaktivirovannom alyumosilikatnom sorbente M45K20. Sorbtsionnye i hromatograficheskie protsessy, 11 (3), 382–390.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-02-29

Як цитувати

Danchenko, Y., Kariev, A., Andronov, V., Cherkashina, A., Lebedev, V., Shkolnikova, T., Burlutskyi, O., Kosse, A., Lutsenko, Y., & Yavors’ka, D. (2020). Дослідження хімічної природи та поверхневих властивостей дисперсних наповнювачів рослинного походження. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(6 (103), 32–41. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.193383

Номер

Том 1 № 6 (103) (2020): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Yuliya Danchenko, Artem Kariev, Vladimir Andronov, Anna Cherkashina, Vladimir Lebedev, Tetiana Shkolnikova, Oleksii Burlutskyi, Anatoliy Kosse, Yuriy Lutsenko, Dayana Yavors'ka

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.