Розроблення способу отримання сорбенту із багаси сорго цукрового для знешкодження ґрунтів, забруднених іонами важких металів

Автор(и)

  • Natalia Grygorenko Інститут біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН України, вул. Клінічна, 25, м. Київ, Україна, 03141, Україна https://orcid.org/0000-0001-7291-6331
  • Lidia Kupchik Інститут біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН України, вул. Клінічна, 25, м. Київ, Україна, 03141, Україна https://orcid.org/0000-0002-0851-1724
  • Nadezhda Stangeeva Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, вул. Генерала Наумова, 13, м. Київ, Україна, 03164, Україна https://orcid.org/0000-0002-4360-9428

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.155537

Ключові слова:

мерсеризація відходу, сорбент для очищення ґрунтів, сорго цукрове, лігноцелюлозна багаса

Анотація

Об’єктом досліджень є промислові відходи рослинної сировини сорго цукрового (лігноцелюлозна багаса) та створений на її основі модифікований сорбент для очищення ґрунтів забруднених іонами важких металів. Традиційно модифікація рослинної сировини з отриманням сорбентів передбачає окиснення (гідроліз) рослинного матеріалу під дією сильних мінеральних кислот при високій температурі. Після кислотної обробки проводять лужне активування та багаторазове промивання сорбенту до нейтральної реакції промивних вод. При цьому вихід сорбенту становить 20–30 % від маси сировини. Крім того, утворюється значна кількість продуктів розкладання і великі об’єми шкідливих стічних вод. Тому в ході дослідження для отримання сорбенту використовували метод мерсеризації – обробка лігноцелюлозної багаси розчином лугу.

Головними складовими компонентами лігноцелюлозної багаси є лігнін і целюлоза, що зв’язані у біополімерні комплекси. В необробленому вигляді вони мають слабкі сорбційні властивості через фібрилярну будову та низький вміст в них вільних функціональних груп. За умов проведення процесу мерсеризації відбувається частково руйнація молекулярних зв’язків між волокон біополімерів і перехід у розчин низькомолекулярних фракцій полісахаридів. Структурний каркас лігноцелюлозної матриці при цьому зберігається, а його здатність до набрякання – зростає. Зберігається цілісність, рослинні волокна покращують свою структурно-порувату будову за рахунок збільшення внутрішньої адсорбційної поверхні. Оптимальними умовами процесу мерсеризації є гідромодуль 1:10 при початковій концентрації лугу 120 г/л. Максимальні величини сорбції іонів важких металів збільшуються у 2–3 рази. Вихід сорбенту досягає 60–80 % . Крім того, перевагами цього способу є відсутність шкідливих стічних вод.

Розроблений спосіб може застосовуватися для переробляння відходів і іншої рослинної сировини (кукурудзи, соняшнику, цукрової тростини, тощо), а отримуваний сорбент – у агротехнологіях для знешкодження ґрунтів забруднених іонами важких металів.

Біографії авторів

Natalia Grygorenko, Інститут біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН України, вул. Клінічна, 25, м. Київ, Україна, 03141

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, завідувач лабораторії

Лабораторія досліджень молекулярно-генетичного поліморфізму

Lidia Kupchik, Інститут біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН України, вул. Клінічна, 25, м. Київ, Україна, 03141

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, завідувач лабораторії

Лабораторія досліджень молекулярно-генетичного поліморфізму

Nadezhda Stangeeva, Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, вул. Генерала Наумова, 13, м. Київ, Україна, 03164

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Відділ сорбентів медичного та екологічного призначення

Посилання

  1. Vasil'ev, A. (2000). Sovremennye podkhody k resheniyu problemy zagryazneniya pochv tyazhelymi metallami. Ekotekhnologii i resursosberezhenie, 5, 47–52.
  2. Ellis, D. I. (2008). Intehrovani inzhenerni ta naukovi metody pererobky zabrudnenykh gruntiv. Khimiia v interesakh staloho rozvytku, 2, 285.
  3. Kulakow, P. A., Pidlisnyuk, V. V. (Eds.) (2010). Application of Phytotechnologies for Cleanup of Industrial, Agricultural and Waste Water Contamination. Dordrecht: Vetlag: Springer, 196. doi: http://doi.org/10.1007/978-90-481-3592-9
  4. Witters, N., Mendelsohn, R. O., Van Slycken, S., Weyens, N., Schreurs, E., Meers, E. et. al. (2012). Phytoremediation, a sustainable remediation technology? Conclusions from a case study. I: Energy production and carbon dioxide abatement. Biomass and Bioenergy, 39, 454–469. doi: http://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.08.016
  5. Yakovishina, T. F. (2008). Ecological estimation of the sorbent-meliorate influence to the fertility agrochemical indexes by the detox cation of the heavy metals in the soil. Ekolohiia i pryrodokorystuvannia, 11, 153–158. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/14402
  6. Slizovskiy, I. B., Kelsey, J. W., Hatzinger, P. B. (2010). Surfactant-facilitated remediation of metal-contaminated soils: Efficacy and toxicological consequences to earthworms. Environmental Toxicology and Chemistry, 30 (1), 112–123. doi: http://doi.org/10.1002/etc.357
  7. Lopes, C., Herva, M., Franco-Uría, A., Roca, E. (2011). Inventory of heavy metal content in organic waste applied as fertilizer in agriculture: evaluating the risk of transfer into the food chain. Environmental Science and Pollution Research, 18 (6), 918–939. doi: http://doi.org/10.1007/s11356-011-0444-1
  8. Khokhlov, A. V., Khokhlova, L. I, Breus, I. P. (2009). Perspektivy ispol'zovaniya immobilizovannykh mikroorganizmov-destruktorov dlya ochistki ekosistem ot ksenobiotikov. Gigiena i sanitariya, 5, 91–96.
  9. Belyaev, E. Yu., Belyaeva, L. E. (2000). Ispol'zovanie rastitel'nogo syr'ya v reshenii problem zashhity okruzhayushhey sredy. Khimiya v interesakh ustoychivogo razvitiya, 8, 763–772.
  10. Hryhorenko, N. O., Shtanheieva, N. I., Kupchyk, L. A. (2017). Pererobka vidkhodiv tsukrovoho sorho (bahasy) z metoiu otrymannia sorbentiv. Tsukor Ukrainy, 3, 33–36.
  11. Hryhorenko, N. O., Kupchyk, L. A., Denysovych, V. O. (2018). Vyluchennia ioniv midi lihnifikovanoiubahasoiu iz vodnykh vytiazhok grunti. Naukovi dopovidi NUBiP Ukrainy, 2 (72). Available at: http://journals.nubip.edu.ua/index.php/Dopovidi/article/view/10638/9355
  12. Kartel', N. T., Kupchik, L. A., Nikolaychuk, A. A. (2007). Sintez i svoystva biosorbentov, poluchennykh na osnovetsellyulozno-ligninovogo rastitel'nogo syr'ya – otkhodov agropromyshlennogo kompleksa. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 7 (3), 489–498.
  13. Rogovin, Z. A. (1972). Khimiya tsellyulozy. Moscow: Khimiya, 520.
  14. Smolin, A. S., Dubovyy, V. K., Komarov, D. Yu., Kanarskiy, A. V. (2016). Pennyy sposob formovaniya fil'troval'noy bumagi na tsellyuloznoy osnove. Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta, 19 (15), 86–88.
  15. Dubovoy, E. V., Koverninskiy, I. N., Smolin, A. S., Kanarskiy, A. V. (2017). Adgezionnye svoystva steklyannogo volokna i povyshenie prochnosti bumagi dobavkoy merserizovannoy tsellyulozy. Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta, 20 (12), 53–55.
  16. Azarov, V. I., Burov, A. V., Obolenskaya, A. V. (1999). Khimiya drevesiny i sinteticheskikh polimerov. Saint Petersburg, 627.
  17. Chae, D. W., Choi, K. R., Kim, B. C., Oh, Y. S. (2003). Effect of Cellulose Pulp Type on the Mercerizing Behavior and Physical Properties of Lyocell Fibers. Textile Research Journal, 73 (6), 541–545. doi: http://doi.org/10.1177/004051750307300613
  18. Wang, J., Chen, C. (2009). Biosorbents for heavy metals removal and their future. Biotechnology Advances, 27 (2), 195–226. doi: http://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2008.11.002
  19. GOST 20255.1-89. (2002). Ionity. Metody opredeleniya staticheskoy obmennoy emkosti. Vveden 1991-01-01. Moscow: Izd-vo standartov, 5.
  20. Klark, E., Eberkhard, K. (2007). Mikroskopicheskie metody issledovaniya materialov. Moscow: TEKHNOSFERA, 326–339.
  21. DSTU 4287:2004. Yakist gruntu. Vidbyrannia prob. (2004). Chynnyi vid 2004-04-30. Kyiv: Derzhspozhyvstandart Ukrainy, 9.
  22. DSTU 4770.1:2007. (2007). Yakist gruntu. Vyznachennia vmistu rukhomykh spoluk marhantsiu (tsynku, kadmiiu, zaliza, kobaltu, midi, nikeliu, khromu, svyntsiu) v grunti v bufernii amoniino-atsetatnii vytiazhtsi z rN 4,8 metodom atomno-absorbtsiinoi spektrofotometrii. Chynnyi vid 2009-01-01. Kyiv: Derzhspozhyvstandart Ukrainy, 18.
  23. Borowski, M. (Eds.) (2011). Perovskites. Structure, Properties and Uses. New York: Nova Science Publishers, 586.
  24. Sedin, A. V., Orlovskaya, T. V., Gavrilin, M. V. (2014). Ispol'zovanie metoda IK-spektroskopii dlya analizarastitel'nogosyr'ya. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya, 1, 45–49.
  25. Hryshko, V. M., Syshchykov, D. V., Piskova, O. M. et. al. (2012). Vazhki metaly: nadkhodzhennia v grunty, trans lokatsiia u roslynakh ta ekolohichna bezpeka. Donetsk: Donbas, 304.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-12-20

Як цитувати

Grygorenko, N., Kupchik, L., & Stangeeva, N. (2018). Розроблення способу отримання сорбенту із багаси сорго цукрового для знешкодження ґрунтів, забруднених іонами важких металів. Technology Audit and Production Reserves, 1(3(45), 9–15. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.155537

Номер

Том 1 № 3(45) (2019): Хімічна інженерія

Розділ

Екологія та технології захисту навколишнього середовища: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Natalia Grygorenko, Lidia Kupchik, Nadezhda Stangeeva

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.