НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ПРЕВРАЩЕНИЯМ МАКРОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И КОМПЛЕКСОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫХ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СИСТЕМ (промежуточный, этап 3)

Объектами исследования по теме работы являлись полисахариды экстрагируемые раствором оксалата аммония из древесной зелени ели обыкновенной (Picea abies.); нанокристаллическая целлюлоза, полученная сольволизом в системе уксусная кислота/ H2O2 -Cu(II) и стандартным сернокислотным методом из порошковой хлопковой целлюлозы; микро- наночастицы лиственного лигнина; лигноцеллюлозные титансодержащие порошки используемые в качестве сорбентов ионов рения из растворов; лигноцеллюлозные сорбенты нефтеуглеводородов; макулатурный флотошлам в качестве наполнителя цементных составов; гидрофильные производные полисахаридов на основе альгинатов для медицинского применения. Методы и методология проведения исследований. Для выделения полисахаридов из древесной зелени ели применялся традиционный метод последовательной экстракции водой, растворами соляной кислоты и оксалата аммония. Для изучения структуры макромолекул пектина, арабинангалактана, арабингалактановых белков использовались принятые в химии углеводов методы, а именно ионообменная хроматография, частичный кислотный гидролиз и спектроскопия ЯМР, качественное и количественное определение нейтральных моносахаридов проводили с помощью метода ГЖХ в виде соответствующих ацетатов полиолов. Модификацию поверхности нанокристаллов целлюлозы проводили методом этерификации в водно-органических средах бензоилхлоридом, гидрофильные производные полисахаридов получали цианэтилированием альгиновой кислоты. Эмульсии нефть-в-воде, стабилизированные нанокристаллическим хитином приготовлены с использованием сырой нефти и водной суспензии нанополисахарида в требуемой концентрации. Высокодисперсные материалы на основе лигнина получали электроформованием из раствора лигнина березы, выделенного методом Пеппера. Для получения лигноцеллюлозных сорбентов перренат-ионов химикотермомеханичекую массу и гидролизный лигнин обрабатывали в системе тетрахлорид титана/гексан с последующим температурным воздействием при 220 °С различной продолжительности. Кинетику сорбции рения лигноцеллюлозными образцами изучали методом ограниченного объема раствора. Изучение надмолекулярной структуры нанополисахаридов, лигноцеллюлозных сорбентов проводили методом рентгенографии (РФА, XRD-600 «Shimadzu»), их функциональный состав и структуру определяли спектроскопическими методами (ИК, Prestige 21 FTIR spectrometer (“Shimadzu”, Япония); ЯМР, «Bruker Avance II 300»), термические характеристики - методом термогравиметрии (ТГА/ДСК, STA 409 PC Luxx (NETZSCH, Германия)), микроструктуру и морфологию микро и нано частиц полимеров – методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ, «TESCAN VEGA 3 SBU»), вязкостные характеристики эмульсий, стабилизированных полисахаридными частицами, изучали с помощью реометра (Brookfield DV-III+ Ultra (Brookfield Engineering Laboratories Inc., США). Физико-химические свойства наполненных флотошламом цементных составов изучали по методикам ГОСТ, процесс гидратации и состав образующихся гидратных соединений изучали с применением рентгенофазового анализа. Физико-химические исследования синтезированных соединений и материалов выполнялись с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Химия» Института химии Коми НЦ УрО РАН. Результат выполненных работ и их новизна. Показано, что полисахаридная фракция, экстрагируемая из древесной зелени ели раствором (NH4)2C2O4, характеризуется значительным преобладанием пектинов и минорным количеством арабиногалактановых белков. Впервые определены особенности строения выделенного пектина, состоящего из участков низкометилэтерифицированного и низкоацетилированного 1,4--D-галактопиранозилуронана и минорных участков частично 2-О- и/или 3-О- ацетилированного рамногалактуронана I (RG-I). Боковые углеводные цепи разветвленной области RG-I представлены преимущественно высокоразветвленным 1,5--L-арабинаном и минорными участками 1,4-β-D-галактана. Установлено, что в дополнение к доминирующим пектинам выделенный полисахарид содержал также связующие гликаны класса глюкоманнанов. С целью увеличения совместимости нанокристаллов целлюлозы с гидрофобными полимерами и растворителями синтезированы нанокристаллы с поверхностными гидроксильными группами частично этерифицированными бензойной кислотой (от 2,5 до 10,0 мас. %). Впервые для этого применён метод этерификации поверхности целлюлозных частиц хлорангидридом бензойной кислоты по Шоттену-Бауману в бинарной смеси вода/хлороформ в присутствии NaOH, с ультразвуковым воздействием. Получены стабильные эмульсии нефти в воде, стабилизированные нанокристаллами хитина (НКХ). Определены размеры сферических микрокаплей нефти, диапазон которых составляет 1,5-3,0 мкм. Установлено, что вне зависимости от концентрации электролита рассматриваемый тип эмульсий «нефть в воде» представляет собой не-Ньютоновские жидкости с псевдопластичными свойствами. Показано, что в присутствии электролита псевдопластичные свойства нефтяных эмульсий, стабилизированных НКХ, более выражены. Кроме того существенно повышается вязкость эмульсий в области низких значений сдвиговых воздействий. Разработан метод электроформования для получения нано гранул из лигнина лиственного происхождения. Выявлен ряд закономерностей формирования морфологии и структуры высокодисперсных материалов из лигнина при распылении его растворов в сильном электрическом поле. Установлено влияние таких факторов, как напряжение, скорость подачи растворителя, расстояние между электродами и концентрация раствора. Получены и охарактеризованы физико-химические свойства лигноцеллюлозных сорбентов перренат-ионов, представляющие собой порошковые материалы на основе химикотермомеханической массы (ХТММ) и гидролизного лигнина, модифицированные соединениями титана в количестве до 64 и 41% соответственно (в пересчете на TiO2). Изучены равновесные характеристики сорбции рения образцом на основе ХТММ при изменении концентрации солей и кислотности. Изучена кинетика сорбции рения лигноцеллюлозным образцом на основе ХТММ при двух различных температурах. Получены эффективные сорбенты нефтепродуктов с водной поверхности на основе лигноцеллюлозы, в том числе макулатурной массы, проведена оптимизация процесса их получения, в результате которой максимальная сорбционная емкость сорбента составила до 20 гнефти / г сорбента. Получена опытная партия сорбента на основе небеленой целлюлозы (150 кг) для проведения опытно-полевых испытаний. Впервые изучен макулатурный флотошлам в качестве модифицирующей добавки (от 5 до 10 мас.%) в цементные составы. Выявлено влияние количества наполнителя, водоцементного отношения, времени твердения на прочностные и физико-химические характеристики модифицированных цементов. С целью повышения механической прочности и клеточной адгезии биочернил на основе альгиновой кислоты осуществлена химическая модификация альгинатов дополнительными цианэтильными группами для получения гидрогелей, функционализированных карбоксильными и амидными группами. По результатам исследований опубликовано 14 научных работ, из них 10 статей, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection), «Скопус» (Scopus), в том числе 6 статей Q1