Вестник МГТУ, 2022, Т.25, № 2.

Вокурова Д. А. и др. Влияние метода подготовки целлюлозосодержащего сорбента. Введение Ежегодно в мире образуются тонны отходов агропромышленного комплекса. Главной составляющей этих отходов является доступная биомасса, которая имеет низкую стоимость, биоразлагаема и легко регенерируется (Lindholm-Lehto, 2019). Одно из основных преимуществ использования растительной биомассы в качестве биосорбента - простота обработки этих отходов после их использования (Dey et al., 2021; Abbar et al., 2017). Биомасса сельскохозяйственных отходов включает в себя целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозу, экстрактивные вещества, белки, масла, воски, крахмал и т. д. с активными функциональными группами, такими как спиртовые, фенольные, карбоксильные, карбонильные, эфирные и др. ( Kumar et al., 2017). Благодаря наличию активных функциональных групп эти биоматериалы могут быть модифицированы с целью придания им заданных свойств для применения в различных областях. В последние годы проводятся всесторонние исследования лигноцеллюлозной биомассы, направленные на получение экологически чистых, биоразлагаемых, возобновляемых и недорогих сорбентов для очистки водных растворов и пищевых систем, в том числе различных напитков, от ионов тяжелых металлов (Vardhan et al., 2019; Nikiforova et al., 2014; 2019). В настоящее время интенсивная промышленная деятельность привела к значительному росту загрязнения водных источников тяжелыми металлами, которые выбрасываются в огромных количествах в окружающую среду. Они способны накапливаться в течение длительного времени в объектах окружающей среды и могут переноситься с водными потоками на большие расстояния (Duan et al., 2020; Jeevanantham et al., 2019). Антропогенные источники тяжелых металлов включают промышленные стоки, выбросы транспорта, неорганические удобрения, пестициды и ископаемое топливо. Кроме того, важными природными источниками тяжелых металлов являются разрушение горных пород, вулканическая активность, эрозия почвы, поверхностное залегание руд, лесные пожары. Тяжелые металлы, такие как Cr, Cu, Hg, Pb, Cd, Ni и т. д., содержащиеся в сточных водах, опасны для окружающей среды и здоровья человека, поскольку многие из них токсичны (Никифорова и др., 2016; Иванова, 2008). Токсичность металлов обусловлена их действием на живые организмы. Установлено, что в наибольшей степени они способствуют образованию раковых опухолей, заболеваний эндокринной системы, органов пищеварения и кроветворения (СанПиН 2.1.4.1074-01, 2001)1. Например, медь влияет на свертывание крови человека, приводит к гипертонии, заболеваниям желудочно-кишечного тракта и бессоннице. Поэтому на сегодняшний день важнейшей проблемой является очистка водных и пищевых систем от ионов тяжелых металлов. Одним из наиболее распространенных и эффективных методов очистки является сорбционная очистка (Bhatnagar et al., 2015). В большинстве случаев хорошие результаты при очистке водных сред показывают синтетические сорбенты - иониты, отличающиеся высокими сорбционными свойствами и возможностью повторного использования. Основным недостатком таких сорбентов является их относительно высокая стоимость. Большой интерес вызывают сорбенты, получаемые из отходов сельского хозяйства, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности. Эти материалы имеют ряд преимуществ перед существующими аналогами: дешевизна, доступность и простота утилизации, достаточно высокие сорбционные характеристики по различным загрязняющим металлам, экологичность. Для получения сорбентов можно использовать побочные продукты, образующиеся при переработке различных фруктов и овощей: кожуру бананов, апельсинов и лимонов, яблочный и морковный жмых, выжимки томатов, жом сахарной свеклы. Перспективными биосорбентами являются листья деревьев, рисовая лузга (Меретин и др., 2021), барда (отход пивоварения) и т. д. Пшеничная солома и отруби также могут выступать в качестве основы для производства сорбентов. Наличие различных функциональных групп (карбоксильной, гидроксильной, амидной, аминогрупп), высокое содержание целлюлозы (37-39 %) обусловливает высокую сорбционную способность этих растительных материалов (Qiu et al., 2013). Благодаря своей уникальной структуре, физико-химическим свойствам, химической стабильности, высокой сорбционной емкости и селективности, обусловленным включением химически активных групп, таких как карбоксильные, аминогруппы и др., в полимерные цепи, эти биополимеры способны конкурировать с промышленными катионитами (Kanamarlapudi et al., 2018 ; Mishra et al., 2013). Традиционно биополимеры использовались для сорбции ионов токсичных металлов (Beni et al., 2020; Jeevanantham et al., 2019; Joseph et al., 2019) и красителей из водных сред (Yadav et al., 2021), для контролируемой доставки лекарственных средств, для иммобилизации биологически активных соединений, производства биотоплива, биопластиков, углеродных волокон и др. (Tursi, 2019; Irmak, 2017). Однако природные целлюлозные материалы обладают недостаточно высокой сорбционной емкостью. Это связано с низким содержанием в их составе активных центров, которые способны прочно связывать ионы металлов, оказывающие токсическое действие. Поэтому актуальной задачей является модификация сорбентов на основе сырья, содержащего вторичную целлюлозу (Никифорова, 2014). Для увеличения 1 Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. М., 2002. 154