Структура и сорбционная активность коры лиственницы после обработки зелеными реагентами

В статье рассматривается структура и сорбционная активность коры лиственницы после обработки зелеными реагентами. Целью данного исследования является получение сорбентов из коры лиственницы путем обработки химическими методами. Проведено сравнение влияния нетоксичных и малотоксичных экстрагентов и реагентов, таких как вода, гексан, этанол и пероксид водорода, на структуру, сорбционные свойства обработанной коры, а также на состав выделяемых экстрактивных веществ. Установлено, что в процессе экстракции коры происходит трансформация основных ее компонентов, что приводит к формированию упорядоченных структур дальнего порядка. Наибольшие структурные изменения наблюдаются для коры, обработанной последовательно этанолом и пероксидом водорода, в основном за счет разложения гемицеллюлоз. Выявлено, что обработка коры таким способом способствует формированию мезопористой структуры. Сорбционная активность обработанной коры по метиленовому синему повышается в 6,5 раз по сравнению с сорбционной активностью исходной коры. Исследования экстрактивных веществ методами ИК-спектроскопии и ГХ-МС показали близкий состав экстрактов коры лиственницы, полученных при водной и этанольной обработках, которые содержат в основном фенольные и спиртовые соединения. Этанол-пероксидный раствор помимо них содержит сложные эфиры и производные карбоновых кислот. Выявлено, что гексановый экстракт коры лиственницы имеет в своем составе в основном терпены и их производные, которые широко применяются в качестве ценных компонентов в медицине и имеют большой потенциал как источник биосырья для зеленых полимеров.

1. Pasztory Z., Mohacsine I.R., Gorbacheva G., Borcsok Z. The utilization of tree bark // Bioresources. 2016. Vol. 11, no. 3. P. 7859-7888. https://doi.org/10.15376/biores.11.3.Pasztory.

2. Svoykin F., Birman A., Bacherikov I., Mater O., Bozhbov V. Perspectives of bark dump recycling at wood processing enterprises // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 817. P. 012033. https://doi.org/10.1088/1757-899X/817/1/012033.

3. Rhazi N., Hannache H., Sesbou A., Charrier B., Pizzi A., Charrier F., et al. Green extraction process of tannins obtained from Moroccan Acacia mollissima barks by microwave: modeling and optimization of the process using the response surface methodology RSM // Arabian Journal of Chemistry. 2019. Vol. 12, no. 8. P. 26682684. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2015.04.032.

4. Veprikova E.V., Kuznetsova S.A., Chesnokov N.V., Kuznetsov B.N. Obtaining of organomineral fertilizers on the basis of wood bark (review) // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2016. Vol. 4, no. 9. P. 414-429. https://doi.org/10.17516/1998-2836-2016-9-4-414-429.

5. Kain G., Lienbacher B., Barbu M.-C., Richter K., Petutschnigg A. Larch (Larix decidua) bark insulation board: interactions of particle orientation, physical-mechanical and thermal properties // European Journal of Wood and Wood Products. 2018. Vol. 76. P. 489-498. https://doi.org/10.1007/s00107-017-1271-y.

6. Tudor E.M., Barbu M.C., Petutschnigg A., Reh R., Krist'ak L. Analysis of larch-bark capacity for formaldehyde removal in wood adhesives // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020. Vol. 17, no. 3. P. 764. https://doi.org/10.3390/ijerph17030764.

7. Ravber M., Knez Z., Skerget M. Isolation of phenolic compounds from larch wood waste using pressurized hot water: extraction, analysis and economic evaluation // Cellulose. 2015. Vol. 22, no. 5. P. 3359-3375. https://doi.org/10.1007/s10570-015-0719-7.

8. Faggian M., Bernabe G., Ferrari S., Frances-cato S., Baratto G., Castagliuolo I., et al. Polyphenol-rich Larix decidua bark extract with antimicrobial activity against respiratory-tract pathogens: a novel bioactive ingredient with potential pharmaceutical and nutraceutical applications // Antibiotics. 2021. Vol. 10, no. 7. P. 789. https://doi.org/10.3390/antibiotics10070789.

9. Bianchi S., Kroslakova I., Janzon R., Mayer I., Saake B., Pichelin F. Characterization of condensed tannins and carbohydrates in hot water bark extracts of European softwood species // Phytochemistry. 2015. Vol. 120. P. 53-61. https://doi.org/10.1016/j.phyto-chem.2015.10.006.

10. Matsumae T., Horito M., Kurushima N., Yazaki Y. Development of bark-based adhesives for plywood: utilization of flavonoid compounds from bark and wood // Journal of Wood Science. 2019. Vol. 65. Article number: 9. https://doi.org/10.1186/s10086-019-1780-x.

11. Ighalo J.O., Adeniyi A.G. Adsorption of pollutants by plant bark derived adsorbents: an empirical review // Journal of Water Process Engineering. 2020. Vol. 35, no. 3. P. 101228. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101228.

12. Цыганова С.И., Веприкова Е.В., Левданский А.В., Мазурова Е.В., Таран О.П. Влияние экстракции на структуру и сорбционную активность коры лиственницы // Вестник Томского государственного университета. Химия. 2021. N 23. С. 6-18. https://doi.org/10.17223/24135542/23/1.

13. Сафина А.В., Тимербаев Н.Ф., Зиатдинова Д.Ф., Арсланова Г.Р. Экстракция ценных компонентов из лесосечных отходов // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2018. N 1. С. 109-119. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.1.109.

14. Акопян В.Б., Давидов Е.Р., Овешников И.Н., Пашинин А.Е., Рухман А.А., Ступин А.Ю. Экстракция смолы из сосновых опилок // Биотехнология. 2010. N 2. С. 65-69.

15. Schwanninger M., Hinterstoisser B. Comparison of the classical wood extraction method using a Soxhlet apparatus with an advanced extraction method // European Journal of Wood and Wood Products. 2002. Vol. 60, no. 5. P. 343-346. https://doi.org/10.1007/s00107-002-0312-2.

16. Sluiter A., Hames B., Ruiz R., Scarlata C., Sluiter J., Templeton D., Crocker D. Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass. Laboratory Analytical Procedure (LAP), 2012. 15 р.

17. Ahvenainen P., Kontro I., Svedstrom K. Comparison of sample crystallinity determination methods by X-ray diffraction for challenging cellulose I materials // Cellulose. 2016. Vol. 23, no. 2. P. 1073-1086. https://doi.org/10.1007/s10570-016-0881-6.

18. Алешина Л.А., Власова Е.Н., Грунин Л.Ю., Грунин Ю.Б., Гуртов В.А., Коновалова К.А. [и др.]. Структура и физико-химические свойства целлюлоз и нанокомпозитов на их основе: монография. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2014. 240 с.

19. Wu Y., Wu J., Yang F., Tang C., Huang Q. Effect of H2O2 bleaching treatment on the properties of finished transparent wood // Polymers. 2019. Vol. 11, no. 5. P. 776. https://doi.org/10.3390/polym11050776.

20. Wang L., Ouyang T., Dai X., Lu X., Liang H., Deng R., et al. Preparation of transparent cellulose membrane by hydrogen peroxide bleaching of cellulose-rich materials // Forest Engineering. 2018. Vol. 34, no. 1. P. 41-45.

21. Hubbe M.A., Rojas O.J., Lucia L.A., Sain M. Cellulosic nanocomposites: a review // BioResources. 2008. Vol. 3, no. 3. P. 929-980.

22. Das A.K., Islam Md.N., Faruk Md.O., Ashaduzzaman Md., Dungani R. Review on tannins: extraction processes, applications and possibilities // South African Journal of Botany. 2020. Vol. 135. P. 58-70. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2020.08.008.