Сорбенты на основе альгината кальция и сшитого полиакриламида: получение, характеристика, сорбция ионов свинца

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Синтезированы сорбенты со структурой двойной сетки на основе координационно сшитого альгината кальция и химически сшитого полиакриламида. Координационное сшивание полисахаридных цепей проводили в ходе ионного обмена в фазе гидратированного геля или лиофильно-высушенного криогеля. Гидрофильность полученных сорбентов характеризовали величиной степени набухания в воде. Показано, что лиофилизация приводит к уменьшению гидрофильности материалов со структурой двойной сетки. Установлено, что сорбционная способность синтезированных сорбентов по отношению к ионам Pb2+ зависит от плотности химической сетки полиакриламида и распределения сшивок координационной сетки альгината кальция.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Татьяна Вячеславовна Терзиян

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина

Author for correspondence.
Email: Tatiana.Terzian@urfu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7077-6208

к.х.н., доцент

Russian Federation, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Мария Михайловна Никитина

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина

Email: Tatiana.Terzian@urfu.ru
Russian Federation, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Наталья Владимировна Лакиза

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина

Email: Tatiana.Terzian@urfu.ru

к.х.н., доцент

Russian Federation, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Александр Петрович Сафронов

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина

Email: Tatiana.Terzian@urfu.ru

д.ф.-м.н., проф

Russian Federation, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

References

  1. Quesada H. B., de Araújo T. P., Vareschini D. T., de Barros M. A. S. D., Gomes R. G., Bergamasco R. Chitosan, alginate and other macromolecules as activated carbon immobilizing agents: A review on composite adsorbents for the removal of water contaminants // Int. J. Biol. Macromol. 2020. V. 164. P. 2535–2549. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.08.118
  2. Sutirman Z. A., Sanagi M. M., Wan Aini W. I. Alginate-based adsorbents for removal of metal ions and radionuclides from aqueous solutions: A review // Int. J. Biol. Macromol. 2021. V. 174. P. 216–228. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.01.150
  3. Aguero L., Alpdagtas S., Ilhan E., Zaldivar-Silva D., Gunduz O. Functional role of crosslinking in alginate scaffold for drug delivery and tissue engineering: A review // Eur. Polym. J. 2021. V. 160. ID 110807. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2021.110807
  4. Esmat M., Farghali A. A., Khedr M. H., El-Sherbiny I. M. Alginate-based nanocomposites for efficient removal of heavy metal ions // Int. J. Biol. Macromol. 2017. V. 102. P. 272–283. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.04.021
  5. Gao X., Guo C., Hao J., Zhao Z., Long H., Li M. Adsorption of heavy metal ions by sodium alginate based adsorbent-a review and new perspectives // Int. J. Biol. Macromol. 2020. V. 164. P. 4423–4434. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.09.046
  6. Hu C., Lu W., Mata A., Nishinari K., Fang Y. Ions-induced gelation of alginate: Mechanisms and applications // Int. J. Biol. Macromol. 2021. V. 177. P. 578–588. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.02.086
  7. Brus J., Urbanova M., Czernek J., Pavelkova M., Kubova K., Vyslouzil J., Abbrent S., Konefal R., Horský J., Vetchy D., Vysloužil J., Kulich P. Structure and dynamics of alginate gels cross-linked by polyvalent ions probed via solid state NMR spectroscopy // Biomacromolecules. 2017. V. 18. N 8. P. 2478−2488. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.7b00627
  8. Papageorgiou S. K., Katsaros F. K., Kouvelos E. P., Nolan J. W., Le Deit H., Kanellopoulos N. K. Heavy metal sorption by calcium alginate beads from Laminaria digitata // J. Hazard. Mater. 2006. V. 137. N 3. P. 1765−1772. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.05.017
  9. Chen Q., Chen H., Zhu L., Zheng J. Engineering of tough double network hydrogels // Macromol. Chem. & Phys. 2016. V. 217. N 9. P. 1022–1036. https://doi.org/10.1002/macp.201600038
  10. Xin H., Brown H. R., Naficy S., Spinks G. M. Mechanical recoverability and damage process of ionic-covalent PAAm-alginate hybrid hydrogels // J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 2016. V. 54. N 1. P. 53−63. https://doi.org/10.1002/polb.23899
  11. Safronov A. P., Kurilova N. M., Adamova L. V., Shklyar T. F., Blyakhman F. A. Zubarev A. Yu. Hydrogels based on polyacrylamide and calcium alginate: Thermodynamic compatibility of interpenetrating networks, mechanical, and electrical properties // Biomimetics. 2023. V. 8. N 3. P. 279−297. https://doi.org/10.3390/biomimetics8030279
  12. Groult S., Buwalda S., Budtova T. Pectin hydrogels, aerogels, cryogels and xerogels: Influence of drying on structural and release properties // Eur. Polym. J. 2021. V. 149. ID 110386. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2021.110386
  13. Адамова Л. В., Сафронов А. П., Терзиян Т. В., Шабадров П. А., Клюкина А. В. Термодинамика набухания в воде лиофилизованных ксерогелей полиакриламида и полиметакриловой кислоты // Высокомолекуляр. соединения. 2018. А. Т. 60. № 2. С. 146–153. https://doi.org/10.7868/S2308112018020086 [Adamova L. V., Safronov A. P., Terziyan T. V., Shabadrov P. A., Klyukina A. V. Thermodynamics of swelling of polyacrylamide and poly(methacrylic acid) lyophilized xerogels in water // Polym. Sci. Ser. A. 2018. V. 60. N 2. P. 190–197. https://doi.org/10.1134/S0965545X18020013].
  14. Tang J., Huang J., Zhou G., Liu S. Versatile fabrication of ordered cellular structures double network composite hydrogel and application for cadmium removal // J. Chem. Thermodyn. 2020. V. 141. P. 105918–105926. https://doi.org/10.1016/j.jct.2019.105918
  15. Aston R., Sewell K., Klein T., Lawrie G., Grøndahl L. Evaluation of the impact of freezing preparation techniques on the characterisation of alginate hydrogels by cryo-SEM // Eur. Polym. J. 2016. V. 82. P. 1–15. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2016.06.025
  16. Kasper J. C., Winter G., Friess W. Recent advances and further challenges in lyophilization // Eur. J. Pharm. Biopharm. 2013. V. 85. N 2. P. 162–169. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2013.05.019
  17. Неудачина Л. К., Лакиза Н. В. Комплексообразование ионов переходных металлов на поверхности карбоксиэтилированных аминополисилоксанов // ЖНХ. 2014. Т. 59. № 6. С. 814–819. https://doi.org/10.7868/S0044457X14060154 [Neudachina L. K., Lakiza N. V. Complexation of transition metal ions on the surface of carboxyethylated aminopolysiloxanes // Russ. J. Inorg. Chem. 2014. V. 59. N 6. P. 632–636. https://doi.org/10.1134/S0036023614060151].
  18. Pawar S. N., Edgar K. J. Alginate derivatization: A review of chemistry, properties and applications // Biomaterials. 2012. V. 33. N 11. P. 3279–3305. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.01.007
  19. Белова Т. П. Адсорбция марганца и свинца натуральным цеолитом из водных растворов // Сорбцион. и хроматогр. процессы. 2015. Т. 15. № 5. С. 630–635. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2015.15/314
  20. da Costa T. B., da Silva M. G. C., Vieira M. G. A. Lanthanum biosorption using sericin/alginate particles crosslinked by poly (vinyl alcohol): Kinetic, cation exchange, and desorption studies // J. Environ. Chem. Eng. 2021. V. 9. N 4. P. 105551–105562. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105551

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The given degrees of swelling depending on the content of the components of the reaction mixture for synthesis and methods of obtaining sorbents: air drying (a), lyophilic drying (b), cross-linking in the phase of lyophilized xerogel (c).

Download (181KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the mole fraction of lead-containing particles on the pH of the solution.

Download (127KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The value of Pb2+ sorption from aqueous solutions depending on the content of components of the reaction mixture for synthesis and methods of obtaining sorbents: air drying (a), lyophilic drying (b), cross-linking in the lyophilized xerogel phase (c).

Download (191KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences