Сорбционные свойства кремнийсодержащих образцов по отношению к бактериям

Кремнийсодержащие аморфные вещества - диоксид кремния (кремнезем) и алюмосиликаты, имеют широкий спектр применения благодаря их пористости, химической инертности, термической стабильности. Традиционным сырьем для их получения являются кварц, диатомит, различные по составу силикаты. Однако методы выделения чистых соединений достаточно дороги и энергоемки. В качестве альтернативного сырья можно использовать возобновляемые и многотоннажные растительные отходы, содержащие большое количество кремния. К таковым относятся, например, шелуха и солома риса (Oryza sativa). Основным достоинством этого сырья являются невысокая стоимость, практически постоянный химический состав для одного вида растения, при этом методы переработки просты и не требуют больших финансовых затрат. Ввиду высокого содержания диоксида кремния в рисовой шелухе и соломе продукты их переработки являются эффективными адсорбентами многих типов поллютантов из водных растворов. В литературе имеются данные о взаимодействии разных микроорганизмов с синтетическими высокодисперсными материалами на основе диоксида кремния минерального происхождения, но практически отсутствуют сведения для биогенных форм кремнезема и алюмосиликатов, источником которых могут быть отходы производства риса. Ранее нами была установлена избирательная способность ряда кремнийсодержащих образцов, выделенных из рисовых отходов, в зависимости от сырья (шелуха или солома) и условий получения, связывать разные по природе бактерии на примере Escherichia coli, Streptococcus aureus, Candida albicans, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis. Целью настоящей работы являлось изучение сорбции образцами аморфного диоксида кремния и алюмосиликатов, полученными из шелухи и соломы риса, тестовых культур Escherichia coli и Bacillus subtilis. Образцами сравнения служили коммерческие продукты: природный алюмосиликат - вспученный вермикулит и сорбент «Белый уголь», который содержит примерно равные доли кремнезема и микрокристаллической целлюлозы. Полученные результаты обсуждены в сопоставлении с физико-химическими параметрами веществ: составом, ИК-спектрами поглощения, характеристикой кислотно-основных свойств поверхности, полученной методами рН-метрии и адсорбции кислотно-основных индикаторов (метод Гаммета). Установлена зависимость сорбционной емкости сорбента по отношению к бактериям от исходного сырья, состава и метода получения.

1. Singh N.B., Nagpal G., Agrawal S., Rachna. Water purification by using adsorbents: A review // Environmental Technology and Innovation. 2018. Vol. 11. P. 187-240. https://doi.org/10.1016/j.eti.2018.05.006

2. Bhatnagar A., Sillanpaa M. Utilization of agroindustrial and municipal waste materials as potential adsorbents for water treatment - A review // Chemical Engineering Journal. 2010. Vol. 157. Issue 2-3. P. 277-296. https://doi.org/10.1016/j.cej.2010.01.007

3. De Gisi S., Lofrano G., Grassi M., Notarnicola M. Characteristics and adsorption capacities of lowcost sorbents for wastewater treatment: A Review // Sustainable Materials and Technologies. 2016. Vol. 9. P. 10-40. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2016.06.002

4. Khatsrinov A.I., Mezhevich Z.V., Kornilov A.V., Lygina T.Z. Inorganic sorbents based on modified natural calcium- and iron-containing aluminosilicates // Inorganic Materials. 2019. Vol. 55. Issue 11. P. 1138-1145. https://doi.org/10.1134/S0020168519110062

5. Fonseca D., Barba F., Callejas P., Recio P. Application of clay minerals from Cayo Guan, Cuba, as sorbents of heavy metals and ceramic raw materials // Boletin de la Sociedad Espanola de Ceramica y Vidrio. 2012. Vol. 51. Issue 5. P. 261-268. https://doi.org/10.3989/cyv.372012

6. Li X., Li B., Xu J., Wang Q., Pang X., Gao X., et al. Synthesis and characterization of Ln-ZSM-5/MCM-41 (Ln = La, Ce) by using kaolin as raw material // Applied Clay Science. 2010. Vol. 50. Issue 1. P. 81-86. https://doi.org/10.1016/j.clay.2010.07.006

7. Ahmaruzzaman M., Gupta V.K. Rice husk and its ash as low-cost adsorbents in water and wastewater treatment // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2011. Vol. 50. Issue 24. P. 13589-13613. https://doi.org/10.1021/ie201477c

8. Della V.P., Kuhn I., Hotza D. Rice husk ash as an alternate source for active silica production // Materials Letters. 2002. Vol. 57. Issue 4. P. 818-821. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(02)00879-0

9. Chuah T.G., Jumasiah A., Azni I., Katayon S., Choong S.Y.T. Rice husk as a potentially low-cost biosorbent for heavy metal and dye removal: an overview // Desalination. 2005. Vol. 175. Issue 3. P. 305-316. https://doi.org/10.1016/j.desal.2004.10.014

10. Kim M., Yoon S.H., Choi E., Gil B. Comparison of the adsorbent performance between rice hull ash and rice hull silica gel according to their structural differences // LWT - Food Science and Technology. 2008. Vol. 41. Issue 4. P. 701-706. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2007.04.006

11. Dai Y., Sun Q., Wang W., Lu L., Liu M., Li J., et al. Utilizations of agricultural waste as adsorbent for the removal of contaminants: A review // Chemosphere. 2018. Vol. 211. P. 235-253. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.06.179

12. Zemnukhova L.A., Fedorishcheva G.A., Egorov A.G., Sergienko V.I. Recovery conditions, impurity composition, and characteristics of amorphous silicon dioxide from wastes formed in rice production // Russian Journal of Applied Chemistry. 2005. Vol. 78. Issue 2. P. 319-323. https://doi.org/10.1007/s11167-005-0283-2

13. Zemnukhova L.A., Panasenko A.E., Fe-dorishcheva G.A., Maiorov V.Y., Tsoi E.A., Shapkin N.P., et al. Composition and structure of amorphous silica produced from rice husk and straw // Inorganic Materials. 2014. Vol. 50. Issue 1. P. 75-81. https://doi.org/10.1134/S0020168514010208

14. Панасенко А.Е., Борисова П.Д., Арефьева О.Д., Земнухова Л.А. Алюмосиликаты из соломы риса: получение и сорбционные свойства // Химия растительного сырья. 2019. N 3. С. 291-298. https://doi.org/10.14258/jcprm.2019034278

15. Zemnukhova L., Kharchenko U., Beleneva I. Biomass derived silica containing products for removal of microorganisms from water // International Journal of Environmental Science and Technology. 2014. Issue 12. P. 1495-1502. https://doi.org/10.10 07/s13762-014-0529-8

16. Медицинская химия и клиническое применение диоксида кремния / под ред. А.А. Чуйко. Киев: Наукова думка, 2003. 415 с.

17. Лейкин Ю.А., Черкасова Т.А., Смагина Н.А. Вермикулитовый сорбент для очистки воды от нефтяных углеводородов // Сорбционные и хроматографические процессы. 2009. Т. 9. N 1. С. 104-117.

18. Хальченко И.Г., Шапкин Н.П., Свистунова И.В., Токарь Э.А. Химическая модификация вермикулита и исследование его физико-химических свойств // Бутлеровские сообщения. 2015. Т. 41. N 1. С. 74-82.

19. Конорев М.Р. Клиническая фармакология энтеросорбентов нового поколения // Вестник фармации. 2013. N 4 (62). С. 79-85.

20. Земнухова Л.А., Панасенко А.Е., Полякова Н.В., Курявый В.Г., Арефьева О.Д., Земнухов В.А. Вермикулит Кокшаровского месторождения (Приморский край) и его свойства // Химия в интересах устойчивого развития. 2018. Т. 26. N 1. С. 19-26. https://doi.org/10.15372/KhUR20180104

21. Shapkin N.P., Khal'chenko I.G., Panasenko A.E., Leont'ev L.B., Razov V.I. Hybrid composite materials based on natural layered silicates // Inorganic Materials. 2018. Vol. 54. Issue 9. P. 965-969. https://doi.org/10.1134/S0020168518090145

22. Arefieva O.D., Pirogovskaya P.D., Panasenko A.E., Zemnukhova L.A. Acid-base properties of aluminosilicates from rice husk and straw // SN Applied Sciences. 2020. Vol. 2. Art. 894. https://doi.org/10.1007/s42452-020-2732-1

23. Zemnukhova L.A., Babushkina T.A., Klimova T.P., Ziatdinov A.M., Kholomeiydik A.N. Structural features of amorphous silica from plants // Applied Magnetic Resonance. 2012. Vol. 42. Issue 4. P. 577584. https://doi.org/10.1007/s00723-012-0332-y