Сорбційні властивості органосольвентного лігніну щодо метиленового синього

Анотація

Залучення вторинної сировини у вигляді рослинних відходів та побічних продуктів переробки рослинної сировини до вирішення проблем забруднення навколишнього середовища розглядається як перспективний напрямок вченими багатьох країн світу. Мета роботи – дослідження структури та сорбційних властивостей лігніну як побічного продукту органосольвентної делігніфікації соломи пшениці. В роботі як вихідну сировину використовували лігнін, осаджений з відрацьованого варильного розчину окисно-органосольвентної делігніфікації соломи пшениці. Для дослідження структури та властивостей одержаного лігніну використовували різні методи аналізу, включаючи гравіметричний, спектроскопію, мікроскопію. Сорбційну здатність матеріалу щодо метиленового синього вивчали з використанням модельних розчинів та спектрофотометричного способу для визначення концентрацій барвника.

Дослідження зразка за допомогою методу інфрачервоної спектроскопії та скануючої електронної мікроскопії показало, що органосольвентний лігнін представляє собою високодисперсний матеріал з частинкамии різної форми та розміру, і містить у своєму складі незначну кількість полісахаридів, загальний об’єм пор такого матеріалу складає 0,431 см³/г. Сорбційну здатність лігніну щодо метиленового синього досліджували як функцію від рН водного розчину барвника, його початкової концентрації та тривалості процесу. Показано, що сорбційна ємність в значній мірі залежить від рН середовища і збільшується зі зміною рН від 3 до 6. Однак подальше збільшення рН не призводить до зміни вказаного показника. Така залежність сорбційної здатності пов’язана з властивістю поверхні рослинного матеріалу змінювати заряд від позитивного в кислому середовищі до негативного в нейтральному та лужному, завдяки наявності оксигенмістних функціональних груп (в основному фенольні та аліфатичні гідроксили), що здатні легко протонізуватися та депротонізуватися при різних значеннях рН. Кінетика поглинання барвника при цьому є досить швидкою і сорбційна рівновага досягається протягом перших 120 хв контакту. З метою вивчення кінетики сорбції були застосовані моделі псевдо-першого та псевдо-другого порядку та внутрішньомолекулярної дифузії. У порівнянні з кінетичною моделлю псевдо-першого порядку (R² = 0,985) та внутрішньомолекулярноїї дифузії (R² = 0,856) кінетична модель псевдо-другого порядку (R² = 0,999) краще описує кінетику сорбції і свідчить про те, що фіксація барвника на поверхні матеріалу відбувається із залученням різних механізмів. Для дослідження адсорбційної рівноваги при сорбції метиленового синього використовували модельні розчини з початковими концентраціями барвника від 30 до 500 мг/л. Встановлено, що за початкової концентрації метиленового синього у розчині нижче 100 мг/л сорбційна ємність зростає лінійно зі збільшенням початкової концентрацій. Потім збільшення сорбційної ємності відбувається більш повільно. Максимальна сорбційна здатність складає 44,7 мг/г. У випадку ізотерми адсорбції, рівняння Ленгмюра (R² = 0,996) є більш придатним, ніж рівняння Фрейндліха (R² = 0,955), для опису процесу поглинання катіонного барвника і свідчить про те, що адсорбція є моношаровою.

Загалом, показано, що органосольветний лігнін з соломи пшениці за сорбційною ємністю дещо перевищує ораганосльвентний лігнін з іншої рослинної сировини. Створення нових дешевих та ефективних матеріалів є актуальним завданням для науковців. Розробка нових ресурсозберігаючих технологій задля вирішення проблем забруднення навколишнього середовища є пріоритетним напрямком розвитку хімічних технологій та екології у всьому світі. Для України це є особливо актуальним, оскільки ефективна переробка рослинних відходів сільського господарства із залученням екологічно безпечних технологій дозволить забезпечити потреби багатьох галузей вітчизняної промисловості та поліпшити стан навколишнього середовища. Перспективним є подальше дослідження структури органосольвентного лігніну для визначення вмісту різних функціональних груп та визначення придатності його використання для поглинання з водних розчинів йонів важких металів.