Структурные и сорбционные характеристики нано-структурированных полисахаридных биополимеров растений семейства Asteraceae

Аннотация

В работе исследованы структурные и сорбционные характеристики нано-структурированных полисахаридных биополимеров, выделенных из растений семейства Asteraceae (Dahlia tubers и Helianthus tuberosus), по отношению к ионам Pb²⁺ в модельных водных растворах. Биополимеры получали методом кислотной экстракции при pH 1,5-2,5 и температуре 80-90 °С с последующим осаждением этанолом. Выход полисахаридных фракций составил 10-14%.
Морфология поверхности исследована методом сканирующей электронной микроскопии, что позволило выявить формирование иерархически организованной нано- и микроструктурированной матрицы с выраженной агломерацией частиц и развитой межагрегатной пористостью. Наличие пластинчатых структур и пористой системы способствует диффузии ионов металла к активным функциональным центрам.
Механизм взаимодействия биополимерной матрицы с Pb²⁺ изучен методом ИК-спектроскопии. Зафиксированы смещения и изменения интенсивности полос, соответствующих карбоксильным и гидроксильным  группам, что подтверждает реализацию координационно-хелатного механизма комплексообразования без разрушения полисахаридного скелета.
Сорбционные исследования проводили на модельных растворах Pb²⁺, приготовленных из стандартного раствора ацетата свинца (II) аналитической чистоты. Остаточную концентрацию ионов Pb²⁺ после контакта с биополимером определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии на приборе PinAAcle 900T (PerkinElmer, США) при аналитической длине волны 283,3 нм с использованием калибровочной зависимости. Дополнительно контрольные измерения выполняли титриметрическим методом в ацетатной буферной среде (pH 5,5) с применением стандартного 0,01 М раствора трилона Б.
Установлено, что до 76-77% Pb²⁺ удаляется в течение первых 10 мин, а сорбционное равновесие достигается через 60 мин. Максимальная степень очистки составила 87%. Экспериментальные данные наиболее адекватно описываются моделью Фрейндлиха, что указывает на гетерогенный характер поверхности и многослойный механизм адсорбции.
Полученные результаты подтверждают перспективность нано-структурированных полисахаридных биополимеров растений семейства Asteraceae как экологически безопасных сорбционных материалов для удаления ионов тяжелых металлов из водных сред.