Влияние концентрации ионов меди на сорбционные свойства пектиновых полисахаридов



The purpose of this work was to study the effect of the concentration of copper ions on the sorption properties of pectin polysaccharides of sunflower baskets. The sorption capacity of pectin polysaccharides was determined depending on the concentration of copper ions of the external solution. According to the results of the study, it can be concluded that with an increase in the concentration of copper ions, the sorption capacity of pectin polysaccharides increases.

Keywords: hydrogel, pectin polysaccharides, sorption of copper ions.

Пектиновые полисахариды представляют собой полигалактуроновую кислоту с линейной (пектиновые вещества) и разветвленной (микрогель) структурой, в мономерных фрагментах наряду с гидроксильными группами, содержатся карбоксильные группы [1], что способны вступать в реакциях ионного обмена с поливалентными металлами. Ранее сотрудниками нашей лаборатории изучены сорбционные свойства пектиновых полисахаридов, полученных с различными источниками сырья к ионам металлов [2], где указано влияние природы ионов металлов на сорбционную ёмкость соответствующих полимеров. Установлено, что величина сорбции не зависит от источника сырья и методов их получения, а зависит от количество свободных карбоксильных групп в макромолекуле полимера. Связи с этим в данной работе рассматривается влияние концентрации ионов меди внешнего раствора на сорбционные свойства пектиновых полисахаридов.

Для получения сорбента в качестве исходного сырья использовали измельчение корзинки подсолнечника, методом гидролиза — экстракции в статическом режиме, при температуре 850С с помощью раствора соляной кислоты со значением pHсреды 1,2 при постоянном перемешивании мешалкой со скоростью 2500 обр./мин. По окончанию реакции полученную смесь фильтровали полиамидным фильтром, а раствор–гидролизита нейтрализовали аммиаком до pH среды 3,5–4. Осадок отделили центрифугированием, полученную массу трёхкратно промывали этанолом а затем сушили до воздушно-сухого состояния.

Характеристика исходного продукта (содержание остатков галактуроновой кислоты и степень ее этерификации, кислотное и эфирное число, содержание ионов кальция) определяли методом титрования, а степень набухания весовым методом, которые имели следующие значение: содержание галактуроновой кислоты 66,6 %; степень этерификация 25,88 %; содержание ионов кальция 4,25 %; кислотное и эфирное число 11,34 и 3,96 в процентах соответственно и степень набухания в воде 10,32г H2O/г сухого геля [3].

Работу проводили при комнатной температуре в нейтральной среде, динамическим режимом. В сорбционную колонку помещали набухший микрогель, полученный на основе пектиновых полисахаридов, заливали раствор сорбата с определенной концентрацией: в интервале от 0,0125 до 0,3 мэк/мл, выходящий раствор отбирался по фракциям, затем титровали 0,05н раствором тиосульфата натрия в присутствии иодида калия и крахмала. Оставшийся количество ионов меди в растворе рассчитали по формуле: C(Cu)=C(тиос.)·V(тиос.)/V(Cu) а количество связывающего ионов меди (qi) по формуле: q=(V·(C1–C2))/m

Где: V — объём фракции, мл; C1 и C2 — соответственно исходная и равновесная концентрации меди, мэк/мл.; m — масса сухого образца, г.

Как отмечалось выше, присутствии свободных карбоксильных групп в составе макромолекул полисахаридов способствуют вступать в реакциях ионного обмена с поливалентными металлами. Механизм сорбции в данном случае, идёт по химическому типу: при взаимодействии с ионами меди с определенной концентрацией устанавливается химическое равновесие между ионами меди внешнего раствора и ионов в комплексе. На первый взгляд кажется, что ионы меди исчерпали все сорбционные центры у сорбента. Однако, при повешение концентрации ионов в растворе продолжается процесс и возрастает значение сорбции (qi). Если значение сорбции (q) при концентрации 0,0125мэк/мл составило 0,98мэк/г то при концентрации 0,025мэк/мл имеет значении 1,25мэк/г (Таблица 1). Таким образом, последовательное повышение концентрации ионов меди внешнего раствора смещаетравновесие к образованию медного комплекса с полисахаридами. Суммарное значение сорбции после заполнения всех свободных сорбционных центров составило 4,76мэк/г, что приближает данные полученых в работах опубликованные ранее [4].

Таблица 1

Зависимости велечена сорбции пектиновых полисахаридов корзинки подсолнечника от концентрации ионов меди

№	С( Cu ) , мэк/мл	q i , мэк/г	q , мэк/г	S , г/г
1	0	0	0	10,17
2	0,0125	0,98	0,98	3,69
3	0,025	0,27	1,25	3,62
4	0,05	0,47	1,72	3,52
5	0,1	0,72	2,44	3,57
6	0,2	1,54	3,98	3,49
7	0,25	0,6	4,58	3,37
8	0,3	0,18	4,76	3,38

Следует, отметить, что по мимо сорбции ионов меди параллельно наблюдается уменьшение набухаемости (S) геля (рисунок 1). Карбоксильные группы ионизируют диполи воды, таким образом, происходит поглощению ее молекулы вокруг карбоксильные группы. При контакте с ионами меди блокируются свободные карбоксильные группы, что приводит к десорбции молекул воды и набухаемость резко падает при первой концентрацией.

Рис. 1. Изменение набухаемости пектиновых полисахаридов после сорбции ионов меди

Из рисунка 1 видно, что набухаемость геля независимо от концентрации ионов меди падает, она с незначительной степенью отличается между собой.

Исходя из полученных данных, можно сделать следующие выводы: с повышением концентрации меди во внешнем растворе значение сорбции пектиновых полисахаридов возрастает; наблюдается одновременно процесс сорбции ионов меди и десорбции молекул воды; установлено, что влечена сорбции пектиновых полисахаридов, зависит концентрации сорбата.

Литература:

1. Тимербаева Г. Р., Бондарева И. А., Борисов И. М. // Комплексы пектина с иодом, Химия и химическая технология, 2009, том 52, вып. 5, С. 53–56.
2. Халиков Д. Х., Мирзоева Р. С., Бободжанова Г. Н., и др. // О сорбционной активности пектиновых полисахаридов по отношению к ионам металлов, Доклаты АН РТ, 2017, том 60, № 7–8, С. 333–341.
3. Халиков Д. Х., Мухиддинов Д. С., Саидова С. Р., Авлоев Х. Х. Ионообменные равновесия в системе гидрогеля и ионов меди, — Доклады Академии наук Республики Таджикистан, Душанбе — 2020, т. 63, № 11–12, с. 732–740.
4. Мухиддинов Д. С., Саидова С. Р., Халикова С., Халиков Д. Х., Сорбция ионов меди пектиновыми гидрогелями в динамическом режиме, — XVI Нумановские читения, Душанбе — 2021, с. 128–131.