CC BY
10
Труды Кольского научного центра РАН. Химия и материаловедение. Вып. 5. 2021. Т. 11, № 2. С. 177-179. Transactions tola Science Centre. Chemistry and Materials. Series 5. 2021. Vol. 11, No. 2. P. 177-179.
Научная статья УДК 544.35+539.21 DOI:10.37614/2307-5252.2021.2.5.036
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ
ПОРИСТОГО КОЛЛАГЕНОВОГО МАТЕРИАЛА НА ЕГО СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
Ольга Константиновна Молокановат, Сергей Александрович Широких2, Ефим Семенович Вайнерман3, Марина Юрьевна Королёва4
124Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия 1 olga. k. molokanova@yandex. ru 2serega-teo@mail.ru 4m.yu. kor@gmail. com
3Научно-исследовательский институт детского питания, филиал Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи, Истра, Россия, serega-teo@mail.ru
Аннотация
Была изучена зависимость сорбционных свойств образцов пористых полимерных материалов, полученных на основе сшитого коллагена, от их состава и условий получения. Установлено, что оптимальная концентрация глутарового альдегида, используемого в качестве сшивающего агента, составляла 0,5 мас. %, а массовое соотношение рыбных и кожевенных отходов 1:1, температура сушки 25 °С. Образцы сорбентов, полученные с использованием оптимальных параметров, эффективны при сорбции нефтепродуктов. Ключевые слова:
сорбция нефтепродуктов, пористые полимерные материалы, сшитый коллаген Original article
STUDY OF THE INFLUENCE OF PREPARATION PARAMETERS ON SORPTION PROPERTIES OF POROUS COLLAGEN MATERIAL
Olga K. Molokanova1B, Sergey A. Shirokikh2, Efim S. Vainerman3, Marina Yu. Koroleva4
Mendeleev University of Chemical Technology, Moscow, Russia
1olga.k.molokanova@yandex.ru
2serega-teo@mail.ru
4m.yu.kor@gmail.com
2Research Institute of Baby Food, a Branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety, Istra, Russia, serega-teo@mail.ru
Abstract
In this work, the dependences of the sorption properties of the porous polymeric materials prepared from the cross-linked collagen on their composition and process specifications were studied. The optimal concentration of glutaraldehyde as a cross-linking agent was 0.5 wt %, the mass ratio of fish and leather waste was 1:1, and the drying temperature was 25 °C. Sorbent samples prepared using optimal parameters were effective in the sorption of petroleum products. Keywords:
oil sorption, porous polymer materials, cross-linked collagen
При аварийном разливе нефтяные продукты образуют тонкие пленки на поверхности воды. Использование высокопористых сорбентов эффективно для их полного удаления после первичной очистки [1, 2]. Наибольшей сорбционной емкостью обладают синтетические органические сорбенты, но при их использовании или переработке возможно вторичное загрязнение окружающей среды. Органические природные сорбенты биоразлагаемы и безопасны для окружающей среды. В качестве основы для биоразлагаемого органического сорбента может быть использован коллаген [3, 4]. Его можно получить относительно дешево и в больших количествах, если в качестве источника коллагена использовать отходы крупных кожевенных и рыбных производств [5].
В данной работе было исследовано влияние состава и параметров получения пористого полимерного материала на основе сшитого коллагена, полученного методом криотропного гелеобразования.
© Молоканова О. К., Широких С. А., Вайнерман Е. С., Королёва М. Ю., 2021
Для получения пористого полимерного материала на основе сшитого коллагена были приготовлены водные дисперсии коллагеновых волокон с концентрацией 10 мас. % с различным соотношением коллагена, полученного из отходов рыбного (р) и кожевенного (к) производства в массовых соотношениях 50 р/50 к, 70 р/30 к и 90 р/10 к. Дисперсионная среда состояла из 1М раствора уксусной кислоты. В качестве сшивающего агента для получения пористого материала использовался 25 мас. % раствора глутарового альдегида с концентрацией в исходной дисперсии 0,5-1,5 мас. %.
Криотропное гелеобразование производилось в холодильной камере при температуре -12 °С. После образования криогеля для получения пористого полимерного материала происходило удаление жидкой фазы посредством сушки образца на воздухе при температуре 25 °С и в сушильном шкафу при температуре 65 °С.
Зависимость сорбционной емкости по бидистиллированной воде и трансмиссионному маслу пористого материала, полученного при использовании от 0,5 до 1,5 мас. % глутарового альдегида в качестве сшивающего агента, массового соотношения рыбного и кожевенного коллагена 50 р/50 к, сушки при температуре 25 °С показана на рис. 1.
7 6 5 4 3 2 -1 -
Содержание альдегида, мас. %
Рис. 1. Зависимость сорбционной емкости пористого полимерного материала на основе сшитого коллагена по воде и маслу от концентрации глутарового альдегида
8
0
При увеличении концентрации глутарового альдегида от 0,5 до 1,5 мас. % снижалась сорбционная емкость по бидистиллированной воде от 7,1 до 5,6 г/г и по трансмиссионному маслу от 6,3 до 4,3 г/г, вместе с тем при росте концентрации альдегида также ухудшались прочностные свойства материала.
На рис. 2 представлены зависимость сорбционной емкости по трансмиссионному маслу и воде от массового соотношения рыбных и кожевенных отходов, использованных при получении пористого материала, а также от температуры сушки материала.
7 6 5
4 -3 2 -1
Вода Масло
Соотношение рыбных отходов/кожевенных отходов, мас.%
Рис. 2. Зависимости сорбционной емкости по воде и маслу образцов пористого материала от соотношения рыбных/ кожевенных отходов
8
0
По результатам исследования видно, что все полученные образцы демонстрируют большую сорбционную емкость по воде в сравнении с сорбционной емкостью по трансмиссионному маслу.
Среди образцов наилучшие сорбционные свойства имеет образец, полученный с соотношением источников коллагена 50 р/50 к, высушенный при температуре 25 °С.
В исследуемых образцах гидрофильные свойства материала преобладают над олеофильными. Образцы пористых материалов, полученных на основе сшитого коллагена методом криотропного гелеобразования, перспективны в качестве сорбентов нефтепродуктов из-за относительно высокой сорбционной емкости, но требуют увеличения гидрофобности для улучшения сорбционных свойств при сорбции нефтепродуктов с поверхности воды.
Список источников
1. Highly porous polymeric sponges for oil sorption / M. Yu. Koroleva [et al.] // Mendeleev Communications. 2019. Vol. 29. P. 176-177.
2. Controlling pore sizes in highly porous Poly (Styrene-Divinylbenzene) sponges for preferable oil sorption / M. Yu. Koroleva [et al.] // Polymer Testing. 2019. Vol. 77. P. 105931.
3. Влияние температуры обработки на сорбционные свойства биоразлагаемого пористого материала / Г. С. Минаков [и др.] // Успехи в химии и химической технологии. 2020. Т. 34, № 8. С. 89-91.
4. Биоразлагаемый пористый материал для сорбции нефтепродуктов с поверхности воды / С. А. Широких [и др.] // Успехи в химии и химической технологии. 2019. Т. 33, № 10. С. 62-63.
5. Vainerman E. S., Portnaya I. B. Porous polymer material and process for production thereof: Pat. 5494939 USA. 1996.
References
1. Koroleva M. Yu., Shirokikh S. A., Khasanova L. Kh., Babusenko E. S., Yurtov E. V. Highly porous polymeric sponges for oil sorption. Mendeleev Communications, 2019, Vol. 29, рр. 176-177.
2. Koroleva M. Y., Shirokikh S. A., Zagoskin P. S., Yurtov E. V. Controlling pore sizes in highly porous Poly (Styrene-Divinylbenzene) sponges for preferable oil sorption. Polymer Testing, 2019, Vol. 77, рр. 105931.
3. Minakov G. S., Shirokih S. A., Kashevskij S. V., Korolyova M. Yu., Vajnerman E. S. Vliyanie temperatury obrabotki na sorbcionnye svojstva biorazlagaemogo poristogo materiala [The effect of the processing temperature on the sorption properties of the biodegradable porous material]. Uspekhi v himii i himicheskoj tekhnologii [Advances in chemistry and chemical technology], 2020, Vol. 34, No. 8, рр. 89-91. (In Russ.).
4. Shirokih S. A., Zagoskin P. S., Vajnerman E. S., Korolyova M. Yu. Biorazlagaemyj poristyj material dlya sorbcii nefteproduktov s poverhnosti vody [Biodegradable porous material for the sorption of petroleum products from the water surface]. Uspekhi v himii i himicheskoj tekhnologii [Advances in chemistry and chemical technology], 2019. Vol. 33, No. 10, рр. 62-63. (In Russ.).
5. Vainerman E. S., Portnaya I. B. Porous polymer material and process for production thereof: Pat. 5494939. USA, 1996.
Сведения об авторах
О. К. Молоканова — студентка 4-го курса кафедры наноматериалов и нанотехнологии; С. А. Широких — ассистент, аспирант кафедры наноматериалов и нанотехнологии; Е. С. Вайнерман — доктор химических наук, ведущий научный сотрудник;
М. Ю. Королёва — доктор химических наук, профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологии. Information about the authors
O. K. Molokanova — fourth-year Student at the Department of Nanomaterials and Nanotechnology; S. A. Shirokikh — Assistant, Postgraduate Student at the Department of Nanomaterials and Nanotechnology; E. S. Vainerman — Dr. Sc. (Chemistry), Leading Researcher;
M. Y. Koroleva — Dr. Sc. (Chemistry), Professor at the Department of Nanomaterials and Nanotechnology.
Статья поступила в редакцию 25.03.2021; одобрена после рецензирования 01.04.2021; принята к публикации 05.04.2021. The article was submitted 25.03.2021; approved after reviewing 01.04.2021; accepted for publication 05.04.2021.
