Ученые Новосибирского государственного технического университета НЭТИ синтезировали криогель на основе карбоксиэтилхитозана для борьбы с промышленными загрязнениями. Во время испытаний специалисты оценили его способность адсорбировать тяжелые металлы, а также практический потенциал в сфере водоочистки.
Синтез криогелей карбоксиэтилхитозана проводили с применением криотехнологии. Реакционную массу, содержащую биополимер и сшивающий агент, поместили в морозильную камеру и выдержали при температуре от —19 до —80 °С несколько суток. За это время вода замерзла и сшивка биополимерных цепей прошла вокруг кристаллов льда. При этом замерзающая вода сформировала макропористый каркас. После оттаивания льда он обеспечил полимерному материалу высокую механическую прочность, эластичность и проницаемость.
Структуру полученных образцов подтверждали методами ИК-спектроскопии, элементного анализа и сканирующей электронной микроскопии. Далее в лабораторных условиях ученые исследовали степень набухания и пористости гелей.
Как отметил руководитель проекта, кандидат фармацевтических наук Александр Дранников, пористость возрастала с увеличением времени выдерживания и снижения температуры криообработки. Ученый подчеркнул важность подбора оптимальных параметров криопроцесса: они напрямую влияют на удельную площадь поверхности, объем и размер пор. В зависимости от условий параметры конечного продукта могут радикально отличаться, что позволяет оптимизировать их под конкретное применение адсорбента.
На следующем этапе ученые оценивали адсорбционную способность криогелей. Образцы поместили в растворы нитрата кобальта и дихромата калия и выдержали определенное время. После этого измерили концентрацию ионов тяжелых металлов на спектрофотометре для анализа кинетики (скорости) адсорбции.
«По результатам лабораторных испытаний криогель показал высокую эффективность в связывании металлов, что обусловлено его развитой поверхностью и химической структурой, — прокомментировал Александр Дранников. — В дальнейшем планируются испытания адсорбента в динамическом режиме, когда очистка воды будет проводиться путем пропускания через слой сорбента. Для эффективного удаления ионов металлов из воды при заданной скорости потока критически важно рассчитать оптимальное количество геля, способствующее эффективному прохождению потока воды и при этом улавливанию ионов тяжелых металлов. Кроме того, будет исследована способность адсорбента к регенерации для многократного использования».По словам ученого, синтезированный криогель открывает возможности для создания нового поколения сорбционных материалов, которые будут сочетать высокую эффективность, экологическую безопасность и экономическую целесообразность. Благодаря этому они станут востребованными как для решения текущих задач водоочистки, так и для перспективных разработок в области охраны водных ресурсов.
Разработка соответствует целям и задачам нацпроекта «Технологическое обеспечение биоэкономики». Сырьевые компоненты для исследований предоставила новосибирская компания-партнер «Хитополимер», которая занимается производством хитозана и его модификаций.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
