Научная статья на тему 'СИНТЕЗ И ГИДРАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СУПЕРАБСОРБЕНТА "ТВЕРДАЯ ВОДА"'

СИНТЕЗ И ГИДРАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СУПЕРАБСОРБЕНТА "ТВЕРДАЯ ВОДА" Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
226
40
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СУПЕРАБСОРБЕНТ / ГИДРАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА / ВЛАГОПОГЛОЩЕНИЕ / ПЕКТИН / ИК-СПЕКТРЫ

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Зенищева Анна Витальевна, Семенов Виктор Николаевич, Кузнецов Вячеслав Алексеевич, Кущев Петр Олегович

Глобальное потепление повлекло за собой ряд вопросов для сельского хозяйства. Наиболее остро встала проблема влагоудержания в почве. Существующие методы орошения дорогостоящи и малоэффективны. Для решения данной проблемы проведен синтез редкосшитого гидрофильного полимерного материала со свойствами суперабсорбента с использованием пектина. Рассмотрена схема строения и влагопоглощения полимерного материала « Твердая вода». Методом ИК-спектроскопии определены гидратационные свойства исходного суперабсорбента после его контакта с пектинами. В ходе исследований выявлено, что возможность адсорбировать воду обеспечивается наличием в структуре коротких по размеру остатков акриламида, фрагментов с остатками карбоксильных групп и полисахаридных звеньев. Суперабсорбент с пектином в качестве биодеградирующего компонента способен даже при длительном высушивании удерживать часть гидратационной воды. Показано влияние рН среды на водопоглощающие способности и набухание суперабсорбентов «Твердая вода». Проведение исследования в дистиллированной воде, а также щелочной и кислых средах дает возможность применять полученный суперабсорбент в разных типах почв. Этот полимер характеризуется наивысшими показателями по величине степени набухания в щелочной среде, что обусловлено электростатическим отталкиванием диссоциированных карбоксильных групп, образующихся в результате гидролиза акриламида. Это делает его пригодным для использования в выщелоченных почвах, например, в выщелоченном черноземе Воронежской области. Результаты ИК-спектроскопии показали наличие функциональных групп суперабсорбента, участвующих в образовании супрамолекулярных структур с вхождением в них связанных молекул воды без образования дополнительных ковалентных координационных связей. Все это позволяет характеризовать реакции как процессы с элементами самоорганизации системы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Зенищева Анна Витальевна, Семенов Виктор Николаевич, Кузнецов Вячеслав Алексеевич, Кущев Петр Олегович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SYNTHESIS AND HYDRATION PROPERTIES OF THE SUPERABSORBENT “SOLID WATER”

Global warming has posed a number of challenges for agriculture. The key problem is water retention in soil. Existing irrigation methods are costly and ineffective. To solve this problem, a synthesis of a rare-cross-linked hydrophilic polymer material with the properties of a pectin-based superabsorbent was conducted. The paper considers the structure and moisture absorption of the polymer material “Solid water”. The hydration properties of the superabsorbent in its original state and after contact with pectins were determined using IR spectroscopy. Our research showed that the water-adsorbing ability is ensured by the presence of short-sized acrylamide residues, fragments with residues of carboxyl groups and polysaccharide units in the structure. The superabsorbent with pectin as a biodegradable component is able to retain a portion of water of hydration even during prolonged drying. The effect of the pH of the medium on the water absorption capacity and swelling of the superabsorbent “Solid water” was shown. This superabsorbent can be used in different types of soils, as confirmed by the studies conducted in distilled water, as well as in alkaline and acidic media. The polymer is characterised by the highest swelling values in an alkaline medium due to the electrostatic repulsion of dissociated carboxyl groups, formed as a result of the hydrolysis of acrylamide. This makes it suitable for use in leached soils, such as leached black soil (Chernozem) in the Voronezh region. IR spectroscopy showed the presence of the superabsorbent's functional groups that form supramolecular structures including bound water molecules with no additional coordinate covalent bonds present. Thus, the reactions can be characterised as processes with the elements of system self-organisation.

Текст научной работы на тему «СИНТЕЗ И ГИДРАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СУПЕРАБСОРБЕНТА "ТВЕРДАЯ ВОДА"»

V íít

Оригинальные статьи

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/2530 ISSN 1606-867Х

Поступила в редакцию 30.01.2020 elSSN 2687-0711

Принята к публикации 15.02.2020 Опубликована онлайн 25.03.2020

УДК 537.226

Синтез и гидратационные свойства суперабсорбента «Твердая вода»

© 2020 А. В. Зенищева0, В. Н. Семенов, В. А. Кузнецов, П. О. Кущев

Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж394018, Российская Федерация Аннотация

Глобальное потепление повлекло за собой ряд вопросов для сельского хозяйства. Наиболее остро встала проблема влагоудержания в почве. Существующие методы орошения дорогостоящи и малоэффективны. Для решения данной проблемы проведен синтез редкосшитого гидрофильного полимерного материала со свойствами суперабсорбента с использованием пектина.

Рассмотрена схема строения и влагопоглощения полимерного материала « Твердая вода». Методом ИК-спектроскопии определены гидратационные свойства исходного суперабсорбента после его контакта с пектинами. В ходе исследований выявлено, что возможность адсорбировать воду обеспечивается наличием в структуре коротких по размеру остатков акриламида, фрагментов с остатками карбоксильных групп и полисахаридных звеньев. Суперабсорбент с пектином в качестве биодеградирующего компонента способен даже при длительном высушивании удерживать часть гидратационной воды. Показано влияние рН среды на водопоглощающие способности и набухание суперабсорбентов «Твердая вода». Проведение исследования в дистиллированной воде, а также щелочной и кислых средах дает возможность применять полученный суперабсорбент в разных типах почв. Этот полимер характеризуется наивысшими показателями по величине степени набухания в щелочной среде, что обусловлено электростатическим отталкиванием диссоциированных карбоксильных групп, образующихся в результате гидролиза акриламида. Это делает его пригодным для использования в выщелоченных почвах, например, в выщелоченном черноземе Воронежской области.

Результаты ИК-спектроскопии показали наличие функциональных групп суперабсорбента, участвующих в образовании супрамолекулярных структур с вхождением в них связанных молекул воды без образования дополнительных ковалентных координационных связей. Все это позволяет характеризовать реакции как процессы с элементами самоорганизации системы.

Ключевые слова: суперабсорбент, гидратационные свойства, влагопоглощение, пектин, ИК-спектры. Источник финансирования: Исследование выполнено при финансовой поддержке фонда содействия инновациям «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» (договор о предоставлении гранта No. 2598ГС/41289).

Для цитирования: Зенищева А. В., Семенов В. Н., Кузнецов В. А. Кущев П. О. Синтез и гидратационные свойства суперабсорбента «Твердая вода». Конденсированные среды и межфазные границы. 2020;22(1): 66-74. https://doi. org/10.17308/kcmf.2020.22/2530

1. Введение

Резкие климатические изменения последних лет привели к глобальному потеплению, что повлекло за собой расширение зон засушливых районов и возрастание риска земледелия в этих зонах. Поэтому одной из важнейших задач современного сельского хозяйства является поддержание необходимого уровня влажности и пло-

Н Зенищева Анна Витальевна, e-mail: [email protected]

Контент доступен под лицензией Creative Comí

дородия почв для получения высоких урожаев. Для решения этих проблем традиционно применяют орошение и внесение в почву минеральных удобрений, микроэлементов и микроорганизмов. Однако применяемые методы гидромелиорации в районах, имеющих недостаточные запасы пресной воды, являются сложными, дорогостоящими и низкоэффективными. Внесение больших количеств минеральных удобрений

ns Attribution 4.0 License.

приводит к необратимым изменениям рН почвы, риску ее засоления и потере ее плодородности, загрязнению грунтовых вод производными азотной и фосфорных кислот, негативно сказывающихся на состоянии растительных организмов, потребляющих такую воду [1].

Перспективным способом решения указанных проблем является использование новых композитных органических гидрофильных полимерных материалов, способных к многократному поглощению, а затем к медленному выделению в почву поглощенной воды без изменения их свойств [2]. Такие полимеры можно использовать в качестве резервуаров воды для поддержания требуемого уровня влажности и различных добавок в широком интервале температур на протяжении нескольких лет.

Ранее был осуществлен синтез редкосшитого полимерного материала со свойствами суперабсорбента с добавлением в его структуру биоде-градируемых фрагментов, которые при использовании в почве разлагаются, увеличивая при этом влагоемкость и насыщая почву необходимым для нормальной вегетации растений азотом [3]. В качестве одного из таких фрагментов выступал пектин.

Целью данной работы являлась разработка синтеза полимерных биоразлагаемых композитов со свойствами суперабсорбента и изучение гидратационных свойств исходного материала «Твердая вода».

2. Экспериментальная часть

Первым этапом синтеза являлась предподго-товка раствора биодеградирующего компонента в стеклянном реакторе при 40 °С и окислительно-восстановительной инициирующей системы Н202+Бе2(804)3 для инициирования радикальной полимеризации. Данную смесь выдерживали в течение 30 минут при интенсивном перемешивании, а затем в реактор вводили раствор акри-ламида и сшивающего агента. Второй этап синтеза проходил при перемешивании в течение 5 часов при температуре 40 °С.

Полученные редкосшитые суперабсорбенты с различным содержанием биодеградирующих компонентов и специфических добавок высушивали в токе теплого воздуха, а излишки влаги удаляли с помощью ацетона или изопропилово-го спирта. Высушенный полимерный материал измельчали и использовали для испытаний [3].

Определение влагопоглощения полимером воды проводили по следующей методике. Взвешивали одинаковые навески (0.2 г) супераб-

сорбента и помещали в мешочки из органзы. Эта ткань пропускает воду, но практически не поглощает ее. Каждый мешочек с навеской полимера вносили в отдельный стакан с 500 мл воды. Затем стакан герметично закрывали и через 24 часа мешочки с образцами извлекали из стаканов. Объем оставшейся воды измеряли при помощи мерного цилиндра и по разнице между исходным и оставшимся объемом воды находили объем воды, который поглощал образец. Затем проводили расчет с учетом адсорбции воды 1 кг полимера.

ИК-спектроскопическое исследование порошкообразных образцов, закрепленных держателем на чувствительной поверхности призмы, проводили на ИК-спектрометре с Фурье-преобразователем Bruker Vertex 70 на одноходовой приставке НПВО «Platina».

3. Результаты и обсуждение

Специфической особенностью структура суперабсорбента «Твердая вода» обязана как подбором для синтеза соответствующих мономеров, так и разработке условий самого синтеза. На рис. 1 представлена одна из возможных схем строения суперабсорбента, из которой следует,

Рис. 1. Схема полимера

что возможность адсорбировать воду обеспечивается наличием в структуре коротких по размеру остатков акриламида, фрагментов с остатками карбоксильных групп и полисахаридных звеньев. Необходимым условием значительных количеств поглощаемой сорбентом воды является механическая устойчивость полиэлектролитных цепей в процессах ассоциации и реассоциации молекул растворителя.

В этом плане можно говорить об общих свойствах полиэлектролитных цепей суперабсорбента и межклеточных мембран, которые способны обеспечивать фактически беспрепятственный транспорт молекул воды (рис. 2, ).

к-соон + н2о = к-соон3о+

К-СОО- Н30+ + пН20 = [К-С00-Н30+][Н20]п К-М(СН3)2 + н20 = 11-№Н-(СН3)2-0Н- " К-№Н2-(СН3)2-0Н- + пН20 = [11-Ш-(СН3)2-][Н20]п+2

Рис. 2. Общая схема водопоглощения сорбентами

Целостность исключительно тонких структур поддерживается в полиэлектролитных цепей в «Твердой воде», как и для биомембран, за счет полярных взаимодействий и дисперсионных связей. Не существует никаких данных, которые свидетельствовали бы о наличии ковалентных и координационных связей между последовательно расположенными молекулами липидов, между прилегающими друг к другу липидными и белковыми молекулами в мембранах. Аналогичный эффект проявляется и при взаимодействии полиэлектролитных цепей полимера «Твердая вода» с амидными и -СООН-группировками соседних цепей. Отличием в рассматриваемом случае является то, что основу межклеточных мембран составляют фосфолипиды, а цепей «Твердой воды» - поли-сахаридные остатки [4].

Следует подчеркнуть, что полисахаридные цепочки в «Твердой воде» и биомембраны спо-

собны к самосборке, что соответствует минимуму свободной энергии в системах [6, 7]. Определенная роль в процессах самосборки и в самоорганизации супрамолекулярных структур в суперабсорбенте принадлежит пектинам.

Известно, что к пектиновым веществам относятся полиурониды, содержащиеся в растворимой или нерастворимой формах во всех наземных растениях и во многих водорослях. Нерастворимые в воде (при Г = 5-15 °С) пектиновые компоненты растений называют протопектином. Фактически пектиновые вещества являются смесью, из которой путем выпаривания воды и последующего растворения высушенного порошка в 70°-ном этиловом спирте удалось [8, 9] отделить растворимую часть (25-30 %) от нерастворимой. Компонент, перешедший в раствор, относят к полисахаридам (арабанам) (которые при нагревании в разбавленных кислотах гидролизуется до 1-арабинозы). Пектиновые вещества, не растворяющиеся в 70°-ном спирте, носят название собственно пектина. Основным моносахаридом, входящим в состав пектина, является Б-галактуроновая кислота (рис. 4).

Рис. 4. Б-галактуроновая кислота

Фактически пектин - это частично этерофицированная, то есть содержащая [-0-СН3]- группы, полигалактуроновая кислота. Подобно целлюлозе, как считают авторы в [8, 9], пектин имеет цепное строение (рис. 5).

Однако такое распространенное мнение можно считать несколько упрощенным. В ряде случаев цепи пектина могут быть разветвлены (рис. 6).

Рис. 3. Схема взаимодействия воды и пектина [5]

Рис. 5. Строение пектина

Рис. 6. Разветвленные цепи пектина

Остов такой разветвленной молекулы имеет в точке ветвления гликозидную связь а(1^5)-ти-па, а в ветвях - а(1^4)-типа.

Для подтверждения предлагаемой на рис. 1 схемы были получены ИК-спектры исходного суперабсорбента пектина и суперабсорбента после дополнительного взаимодействия с полисахаридом (рис. 7-9). Полученные результаты представлены в табл. 1. Можно считать доказанным, что в полимере «Твердая вода» существенную роль в образовании короткоцепных фрагментов играют амиды. Причем подобный эффект для исходного полимера с пектином подтверждается наличием в ИК-спектрах не только полос поглощения Амид I (3322, 3260, 3185 см-1), но и максимумов, характерных (С-Ы и а5 ЫН2 в амидах) Амид II (1641, 1610, 1464 см-1), а также Амид III (750, 669, 550 см-1) [7, 10-12].

В ИК-спектрах суперабсорбента после взаимодействия с пектином проявляются пики, характерные 6-членным пиранозным циклам Б-галактуроновой кислоты (1117 см-1) [7, 1012].

В ИК-спектре полимерного материала присутствуют полосы поглощения при 1653 и 1609 см-1, соответствующие валентным колеба-

ниям С=0-группы (амид I) и составных частот деформационных колебаний и С-Ы ЫН-группы (амид II) амидных фрагментов [13]. Широкие полосы поглощения при 3184-3332 см-1 показывают наличие ОН и ЫН2-групп биодеградируе-мого компонента [11, 14-16]. С другой стороны, суперабсорбент (СА) может быть охарактеризован как полимер, проявляющий в нейтральной области рН биполярную функцию [15-17], в этом случае полимерная сетка образца «Твердой воды», сформированная из полисахарид-ных звеньев, а также остатков акриламида, будет содержать карбоксильные группы, образующие с водой гидратные структуры (V 3206 см-1, 8 1653 см-1- валентные и деформационные колебания ОН групп соответственно) [15-16]. Кроме этого, короткоцепочечные фрагменты полимера «Твердая вода» содержат остатки С00Н-групп, не ассоциированных друг с другом или функционирующих как димеры (1735, 1309, 1240 см-1) соответственно [10, 12].

Для суперабсорбента «Твердая вода» можно сделать достоверные предположения о влияние рН среды на водопоглощающие способности и набухание полимеров. Полимерную сетку образцов «Твердой воды» образуют полисаха-

Рис. 7. ИК-спектры исходного суперабсорбента (крахмал+акриламид+2% сшивающего агента) (1 - 3566; 2 - 3332;3 - 3184; 4 - 2924; 5 - 2852; 6 - 1653; 7 - 1609; 8 - 1426; 9 - 1351; 10 - 1280; 11 - 1135; 12 - 1080; 13 - 1025; 14 - 988; 15 - 961; 16 - 815; 17 - 621; 18 - 508 см-1)

Рис. 8. ИК-спектр спиртоосажденного свекловичного пектина [5] (1 -3756; 2 - 3736; 3 - 3663; 4 - 3524 5 - 3492; 6 - 3452; 7- 3411; 8 - 3399; 9 - 3307; 10 - 3268; 11 - 3263; 12 - 3253; 13 - 2948; 14 - 1739; 15 - 1640 16 - 1618; 17 - 1441; 18 - 1370; 19 - 1329; 20 - 1236; 21 - 1148; 22 - 1102; 23 - 1049; 24 - 1023; 25 - 918 26 - 831; 27 - 751; 28 - 684; 29 - 620; 30 - 666 см-1)

Рис. 9. ИК-спектры суперабсорбента «Твердая вода» (пектин + акриламид + 2 % сшивающего агента) выдержанного при 50°С в течении 72 часов (1 - 3943; 2 - 3900; 3 - 3881; 4 - 3833; 5 - 3725; 6 - 3587; 7 - 3322 8 - 3184; 9 - 2924; 10 - 2853; 11 - 2189; 12 - 2162; 13 - 2052; 14 - 1979; 15 - 1744; 16 - 1648; 17 - 1610 18 - 1454; 19 - 1307; 20 - 1240; 21 - 1117; 22 - 550 см-1)

Табл. 1. Отнесение полос поглощения в ИК-спектрах редкосшитого полимерного материала со свойствами суперабсорбента и пектина

V, см1

Исходный полимер Пектин Исходный полимер + пектин Отнесение полос поглощения

- 3450 3403 3587 V NH2 свободная в амидах; v OH2—H2O S Vs OH2*"H2O S

3362 3285 3180 3346 3318 3261 3185 3322 3260 3185 vs NH2 связанная в первичных амидах; vs OH2—O=G ассоц. в первичных амидах (Амид I), vs OH2—O=G ассоц. с COOH-группами

2928 2852 2941 2928 2853 Vas GH2; vs GH2;

2322 2340 2189 -OH в COOH (связаная)

- 1735 1735 v C=O в COOH

1641 - 1648

1605 1617 1518 1610 1464 V C-N и ss NH в амидах (Амид II); vas H2O

1406 1419 1406 Амид III;

1380 1371 - s-OH пиранозных колец;

- 1330 1309 Веерные CH2; -СООН в димерах;

1277 1238 1146 1240 1152 Маятниковые ssCH, имеющие в конце -COOH;

1106 1102 1117

962 1023 962 930 979 vs OH2 в 6-членных циклах

- 831 815 (СН2)п - маятниковые

- - 750

- 687 617 536 669 550 Амид III; ss CH в циклах

ридные звенья и остатки акриламида, обуславливающие наличие амидных и карбоксильных групп (рис. 3). Влияние ОН-групп полисахарид-ных групп на формирование гидратных структур позволяет рассматривать влагопоглощение как процесс разупорядочивания (разрушения) ассоциатов «вода-вода» во всех областях концентраций.

Однако при максимальном влагопоглоще-нии структуру воды необходимо считать однородной, т. е. молекулы воды находятся в едином каркасе с частично заполненными пустотами [[12, 16]. Присутствие карбоксильных и аминогрупп позволяет рассматривать суперабсорбенты как амфолиты [15-16], способные существовать в катионной (кислая среда), в биполярной (рН = 7) и анионной формах (схема 1):

+ Н*

(1)

С ООН

- н

соо-

+ н

рН<р! рН-р1

где рI - изоэлектрическая точка.

СОО-рН>р1

Суперабсорбент Степень набухания, ю, %

Дистиллированная вода 0.1 М НС1 0.1 М Ыа0Н

Твердая вода, тип I 98.90 97.10 112.86

структуру воды оказывают влияние на неэлектролиты (гидроксильные группы полисахарадных звеньев) и электролиты (-СОО-, Ыа+, -ЫН3+, С1) [17, 18]. Среди полученных нами образцов сорбентов «Твердая вода» наилучшие показатели по набуханию показал образец «Твердой воды», при синтезе которого использован гидрофильный сшивающий агент М,М-метилен-бис-акри-ламид. Этот образец характеризуется наивысшими показателями по величине ю в щелочной среде, что обусловлено электростатическим отталкиванием диссоциированных карбоксильных групп, образующихся в результате гидролиза акриламида. Это делает его пригодным для использования в выщелоченных почвах, например, черноземе Воронежской области.

Переход из одной ионной формы в другую происходит с участием молекул воды и сопровождается образованием первого гидратного слоя (ближняя гидратация) [18] (схема 2):

Использование суперабсорбента при удерживании воды для различного типа почв требует знания их набухаемости в зависимости от рН среды. Поэтому была установлена предельная способность набухания образцов различных суперабсорбентов, которую исследовали в дистиллированной воды (рН = 6.8±0.2), а также щелочной и кислых средах. Такой выбор условия обусловлен тем, что почвы, в которых могут использоваться эти сорбенты, также характеризуются широким значением величин рН. Результаты исследования представлены в табл. 2.

Таблица 2. Степень набухания образца суперабсорбента

[[

СООН'

+ ОН-

,Н"

• + Н3О+ ^Нз+

-НзО+ [

СОО-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

+ ОН"- ОН-'

.ИН»

ОН-

/

СОО--

О

\

-Н-.

+ ОН2

(2)

Как видно из приведенных данных, все исследуемые образцы имеют практически одинаковые показатели степени набухания (ю). Однако в кислой и щелочной средах значение ю для сорбента «Твердая вода» несколько меньше по сравнению с величиной, полученной в дистиллированной водой. В этом случае воздействие на

Дальнейшее поглощение воды сорбентом (дальняя гидратация) происходит за счет образования Н-связей между молекулами растворителя.

Один из возможных вариантов формирования полимерного каркаса суперабсорбента «Твердая вода» может быть связан с образованием мешковидных макромолекул сложного полисахарид-акриламида (АА). Обозначив ветвь I на рис. 10 символом «X», а ветвь II- символом «У», схематично формирование «полисахарид (пек-тин)-акриламид» можно представить следующим образом:

Предлагаемая схема в определенной степени объясняет способность суперабсорбента к гидратации и поглощению им значительных по массе количеств воды [19].

Подтверждением этого служат ИК-спектры исходного суперабсорбента (пектин + акрила-мид + 2 % сшивающего агента), представленные на рис. 9. Указанный образец высушивался в течение 72 часов при температуре 50 °С. В ИК-спектре после такой длительной термообработки присутствуют полосы поглощения 3587;

О

О

Н

Н

Н

т

т

Рис. 10. Схематичное формирование «полисахарид (пектин)-акриламид»

3322; 3184 см-1, которые характерны валентным колебаниям ОН-групп в гидратных структурах Н2О—Н2О (с ослабленными водородными связями); Н2О—ИМ (с акриламидными фрагментами) и Н2О—НООС (с Б-полигалактуроновой кислотой) соответственно [20, 21]. Максимум 1744 см-1 свидетельствует о колебаниях С=0 в недиссоци-ированных -СООН-группах [11, 15, 16, 21, 22], что говорит о неполной депротонизации карбоксильных групп в пектине.

Таким образом, суперабсорбент с пектином в качестве бидеградирующего компонента способен даже при длительном высушивании удерживать часть гидратационной воды.

4. Выводы

1. Синтезированы образцы суперабсорбента «Твердая вода» на базе акриламида и Ы,Ы-ме-тилен-бис-акриламида, с добпалением пектина. Рассмотрен один из вариантов образования макропор в суперабсорбентах, объясняющий максимальное поглощение воды.

2. Изучено влияние содержания и природы сшивающего агента на набухаемость продукта. Показано, что синтезированный полимерный материал способен обратимо поглощать воду в количестве до 500 мл в расчете на один грамм продукта; набухаемость уменьшается с ростом степени сшивки. Суперабсорбент с пектином в качестве биодеградирующего компонента способен даже при длительном высушивании удерживать часть гидратационной воды.

3. Можно сделать достоверные предположения о влияние рН среды на водопоглощаю-щие способности и набухание суперабсорбентов «Твердая вода». Показатели степени набухания (ю) практически одинаковые, однако, в кислой среде значение ю для сорбента несколько меньше по сравнению с величиной, полученной в

дистиллированной водой. Также этот полимер характеризуется наивысшими показателями по величине ю в щелочной среде, что обусловлено электростатическим отталкиванием диссоциированных карбоксильных групп, образующихся в результате гидролиза акриламида. Это делает его пригодным для использования в выщелоченных почвах, например, черноземе Воронежской области.

4. Методом ИК-спектроскопии установлено наличие функциональных групп суперабсорбента, участвующих в образовании супрамолекуляр-ных структур с вхождением в них связанных молекул воды. Все это в конечном счете приводит к элементам самоорганизации системы.

Благодарности

Результаты ИК-спектроскопического исследования получены на оборудовании Центра коллективного пользования научным оборудованием Воронежского государственного университета.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет известных финансовых конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.

Список литературы

1. Sharma J., Sukriti, Kaith B. S., Bhatti M. S. Fabrication of biodegradable superabsorbent using RSM design for controlled release of KNO3. Journal of Polymers and the Environment. 2018;26(2): 518-531. DOI: https://doi.org/10.1007/s10924-017-0959-8

2. Rojas-Oviedo I., Rodríguez-Hernández S., Cárdenas J., Rivas-Ojeda J. C., Gaviño R. Synthesis, characterization and in vitro application of pH/ temperature sensitive superabsorbent hydrogel of phosphated co-polymer of methacrylic acid and methyl methacrylate ester. Journal of Porous Materials. 2016;23(6): 1495-1505. DOI: https://doi.org/10.1007/ s10934-016-0210-3

3. Кузнецов В. А., Селеменев В. Ф., Семенов В. Н., Бакалова М. В. Способ получения гидрофильного сшитого полимера со свойствами суперабсорбента. Патент № 2574722 РФ. Опубл. 10.02.2016. Бюл. № 4.

4. Геннис Р. Биомембраны: Молекулярная структура и функции. Пер. с англ. М.: Мир; 1997. 624 с.

5. Лукин А. Л., Котов В. В., Мязин Н. Г. Свекловичные пектин: от поля до конечного продукта. Монография под ред. В. В. Котова. Воронеж: Изд-во «Истоки»; 2005. 176 с.

6. Штыков С. Н. Люминесцентный анализ в организованных средах. В кн.: Люминесцентный анализ. Т. 19. М.: Наука; 2015. с. 121-154.

7. Селеменев В. Ф., Рудаков О. Б., Славинс-кая Г. В., Дроздова Н. В. Пигменты пищевых производств (Меланоидины). М.: Дели Принт; 2008. 246 с.

8. Силин П.М. Технология сахара. М.: Пищевая промышленность; 1967. 625 с.

9. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. Физико-химические свойства, методики, библиография. М.: Мир; 1967. 541 с.

10. Пиментел Д., Мак-Клеллан. Водородная связь. М.: Мир; 1964. 462 с.

11. Казицына Л. А., Куплетская Н. Б., Применение УФ, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. М.: Высшая школа; 1971. 264 с.

12. Углянская В. А., Чикин Г. А., Селеменев В. Ф., Завьялова Т. А. Инфракрасная спектроскопия ионообменных материалов. Воронеж: ВГУ; 1989. 207 с.

13. Штокхаузен Д., Хартан Х.-Г., Брем Г., Ионас Г., Месснер Б., Пфлюгер К. Абсорбирующие жидкость полимеры и способ их получения. Патент № 2193045РФ. Опубл. 1996; МКП C08F 220/06, A61L 15/60.

14. Кузнецов В. А., Быковский Д. В., Сорокин А. В., Лавлинская М. С. Влияние строения бокового азольного заместителя на экстракционные способности сополимеров на основе N-винилами-дов. Сорбционные и хроматографические процессы. 2017;17(5): 804-811. DOI: https://doi.org/10.17308/ sorpchrom.2017.17/442

15. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. Пер. с англ. под ред. Ю. А. Пентина. М.: ИЛ; 1963. 592 с.

16. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений. М.: Мир; 1975. 269 с.

17. Жданкович Е. Л., Анненкова В. З., Анненкова В. М., Ерофеева Л. Г., Владимиров В. А., Владимиров Д. В. Тройной сополимер акриловой кислоты, аммонийной соли акриловой кислоты и стирола в качестве суперабсорбента. Патент № 2128191 РФ. Опубл. 1996; МКП C08F 220/06.

18. Herth G., Dannehl M., Steiner N. Water-soluble or water-swellable polymers, particularly water-soluble or water-swellable copolymers made of acryl-am-ide and at least one ionic comonomer having a low residual monomer concentration. Patent No 7973095 US. 2006; МКП C08F 2/48; C08F 2/04; C08F 2/16; C08F 220/56

19. Кузнецов В. А., Лавлинская М. С., Останко-ва И. В., Селеменев В. Ф., Семенов В. Н., Лукин А. Л. Влагопоглощающая способность редкосшитого полимерного материала со свойствами суперабсорбента. Сорбционные и хроматографические процессы. 2017;17(3); 484-489. DOI: https://doi. org/10.17308/sorpchrom.2017.17/404

20. Славинская Г. В., Селеменев В. Ф. Фульвокис-лоты природных вод. Воронеж: ВГУ; 2001. 165 с.

21. Селеменев В. Ф., Рудаков О. Б., Славинская Г. В., Дроздова Н. В. Пигменты пищевых производств (меланоидины). М.: Да Ли принт; 2008. 246 с.

22. Selemenev V. F. Chekin G. A., Khokhlov V. Yu. Interionic and intermolecular interactions in ion-exchange and sorption systems involving physiologically active substances. In: Ion-exchange. New York: Marsel Dekker; 2000(1). p. 851 - 925. DOI: https://doi. org/10.1201/9780203908341.ch10

Информация об авторах

Зенищева Анна Витальевна, аспирант кафедры общей и неорганической химии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected]. ORCID iD: https://orcid.org/0000-0003-4227-3261.

Семенов Виктор Николаевич, д. х. н., профессор, заведующий кафедрой общей и неорганической химии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected]. ORCID iD: https://orcid. org/0000-0002-4247-5667.

Кузнецов Вячеслав Алексеевич, д. х. н., профессор, кафедра высокомолекулярных соединений и коллоидной химии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected]. https://orcid. org/0000-0002-0072-2025.

Кущев Петр Олегович, к. х. н., преподаватель кафедры высокомолекулярных соединений и коллоидной химии, Воронежский государственный университет, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected]

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.