Сибирский федеральный университет

Перевод названия: Physicochemical properties of natural, chemically modified, and post- heavy-metal- cation-adsorption Siberian Larch Bark

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2020

Идентификатор DOI: 10.18698/2542-1468-2020-2-98-110

Ключевые слова: натуральная кора лиственницы сибирской, модифицированная кора (биосорбент тяжелых металлов), термический анализ, сканирующая электронная микроскопия, хромато-масс-спектрометрия, физико-химические показатели, Siberian larch natural bark, modified bark (heavy metal biosorbent), thermal analysis, scanning electron microscopy, Chromato-Mass-Spectrometry, physicochemical properties

Аннотация: Представлен сравнительный анализ физико-химических свойств натуральной коры лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb.), химически модифицированной для придания ей катионообменных свойств и после использования в качестве биосорбента катионов меди из водных растворов сульфата меди. Показано, что химическое модифицирование коры в целях придания ей катионообменных свойств не приводит к заметному изменению морфолого-анатомического строения, а полученный биосорбент адсорбирует катионы Cu2+ из водного раствора с образованием агрегатов на частицах биосорбента, содержащих металл, который можно обнаружить рентгеноспектральным анализатором сканирующего электронного микроскопа. С помощью хромато-масс-спектрометрии по методу парофазного пробоотбора проанализировано изменение состава легколетучих компонентов коры - моно- и сесквитерпенов, дитерпенов и кислородсодержащих углеводородов, вызванное модифицированием. По анализу термогравиметрических данных, полученных при проведении опытов в окислительной среде (на воздухе), установлены температурные диапазоны отдельных стадий термодеструкции опытных образцов, соответствующие им изменения массы и скорости потери массы при программируемом нагреве. Кинетический анализ этих данных осуществлен двумя методами: изоконверсионным методом Озавы - Флинна - Уолла и методом Бройдо. Рассчитанные значения энергии активации в зависимости от степени конверсии позволяют дифференцировать исследованные образцы по изменению их термических свойств, связанному с модифицированием и адсорбцией катионов металла. С помощью дифференциальной сканирующей калориметрии опытным путем установлены изменения тепловых эффектов в процессе окислительной термодеструкции при нагревании со скоростью 10 °С∙мин-1 в температурном диапазоне от 25 до 700 °С, вызванные химическим модифицированием коры и сорбцией тяжелого металла (Cu2+). This paper is focused on a comparative analysis of natural Siberian larch bark physical and chemical properties with those obtained after the bark was chemically modified to make it capable of exchanging cations, and after it was used to adsorb copper cations from copper sulfate water solutions of various concentrations. To visualize sample microstructure, we used a scanning electron microscope. The modification resulted in neither morphological, nor anatomical changes of the bark. Adsorption of Cu2+ cations from a water solution by the biosorbent obtained was accompanied by the occurrence of aggregates on its particle surfaces. The microscope x-ray analyzer helped reveal the aggregates to contain copper. We applied gas chromatography-mass-spectrometry to analyze the modification-induced changes in the composition of the bark volatile components, such as mono- and sesquiterpenes, diterpenes and oxygen-containing hydrocarbons, by the vapor-phase sampling method. Analyzing the results of thermogravimetry in an oxidizing atmosphere enabled to determine the temperature ranges of some stages of sample thermal decomposition and the corresponding sample weight loss and its rate at programmed heating (TG/DTG). A kinetic analysis of the thermogravimetry data was done using Ozawa-Flynn-Wall isoconversion method and Broido’s method. The activation energy values calculated based on the degrees of conversion resulting from Ozawa-Flynn-Wall method and from Broido’s graphs allowed us to differentiate samples whose thermal properties changed due to chemical modification from those with metal cation adsorption-induced changes of the properties. Our differential scanning calorimetry experiments revealed that thermal effects that occurred in the process of sample oxidative thermal degradation when heated at 10 °C·min-1 in 25 to 700 °C temperature range changed, compared to the natural bark state, as a result of chemical modification of the bark, or by heavy metal (Cu2+) sorption.

Журнал: Лесной вестник. Forestry Bulletin

Выпуск журнала: Т. 24, № 2

Номера страниц: 98-110

ISSN журнала: 25421468

Место издания: Москва

Издатель: Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

• Лоскутов Сергей Реджинальдович (Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН - Обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН)
• Петрунина Елена Александровна (Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН - Обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН)
• Шапченкова Ольга Александровна (Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН - Обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН)
• Пляшечник Мария Анатольевна (Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН - Обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН)
• Стасова Виктория Викторовна (Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН - Обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК