techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2023-13-3-224-240techusgu-177Research ArticleХИМИЯCHEMISTRYОпределение физико-химических и адсорбционно-структурных параметров древесных опилок и их различных модификаций на структурном уровнеDetermination of Physico-Chemical and Adsorption-Structural Parameters of Sawdust and Their Various Modifications at the Structural Levelhttps://orcid.org/0000-0003-0776-8648ЛысенкоА. В.LysenkoA. V.

Лысенко Анна Владимировна, кандидат химических наук, доцент кафедры фундаментальной химии и  химической технологии

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация 

Anna V. Lysenko, Candidate of Sciences (Chemistry), Associate Professor of the Department of Fundamental Chemistry and Chemical Technology

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040, Russian Federation 

ginger313@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6397-0544ЛевинаК. А.LevinaK. A.

Левина Кристина Андреевна, магистрант кафедры фундаментальной химии и химической технологии

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация 

Kristina A. Levina, Undergraduate of the Department of Fundamental Chemistry and Chemical Technology 

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040, Russian Federation 

kris.levina2015@yandex.ruЯнкивК. Ф.YankivK. F.

Янкив Карине Феликсовна, кандидат педагогических наук, доцент кафедры  фундаментальной химии и химической технологии

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация 

Karine F. Yankiv, Candidate of Sciences (Pedagogical), Associate Professor of the Department of Fundamental Chemistry and Chemical Technology 

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040, Russian Federation 

kari1508@mail.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation202329092023133224240Copyright © Лысенко А.В., Левина К.А., Янкив К.Ф., 20232023Лысенко А.В., Левина К.А., Янкив К.Ф.Lysenko A.V., Levina K.A., Yankiv K.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/177

Целью настоящей работы являлось определение некоторых физико-химических и адсорбционно-структурных параметров древесных опилок и их модифицированных аналогов.Методы. Для определения физико-химических и адсорбционно-структурных параметров древесных опилок и их различных модификаций были использованы гравиметрические, потенциометрические, титриметрические методы анализа.Для исследования структуры древесных опилок применяли ИК-Фурье-спектрометр Nicolet iS50 и микроскоп OmegaScope™-СЗМ с конфокальным рамановским и флуоресцентным спектрометром.Создание молекулярных структурных формул проводилось в интегрированном пакете программных средств ChemOffice в ChemDraw 3D.Результаты. Полученные данные показали, что сорбционная способность древесных опилок зависит от вида модификации и от изменений, произошедших на молекулярном уровне. Наибольшие изменения произошли с типом модификации гидроксида натрия, отмечено наибольшее образование гидроксильных и карбоксильных групп. Результаты ИК-спектрометрии говорят о том, что изменения в структуре модифицированных сорбентов свидетельствуют о возможном улучшении древесных опилок к способности сорбировать, в том числе и прямые красители.Для определения физико-химических параметров древесных опилок и их различных модификаций были исследованы такие характеристики, как: влажность, рН среды, скорости оседания, набухание, пористость, насыпная плотность.Осуществлено определение осветляющей способности и адсорбционной активности древесных опилок различных модификаций по метиленовому голубому. Все образцы древесных опилок проявляют сорбционные свойства, могут сорбировать молекулы размером от 0,63 до 1,26 нм.Определили адсорбционную активность по йоду, характеризуемую йодным числом и адсорбционной активностью. Адсорбционная активность по йоду отличается в значительных пределах (5,874–13,494), что обусловлено различным механизмом сорбции на различных сорбента.Заключение. В данной работе подтверждено, что модифицирование древесных опилок веществами, имеющими кислую и щелочную среду, положительно влияет на степень сорбции сорбента. Наивысшей сорбционной способностью обладают древесные опилки, модифицированные 1% и 5% NaOH. С помощью ИК-спектроскопии доказано, что в процессе модификации в сорбентах происходят изменения на структурном уровне.

The purpose of this work was to determine some physicochemical and adsorption-structural parameters of sawdust and their modified analogues.Methods. To determine the physicochemical and adsorption-structural parameters of sawdust and their various modifications, gravimetric, potentiometric, titrimetric methods of analysis were studied.To study the structure of sawdust, a Nicolet iS50 IR Fourier spectrometer and an OmegaScope™-SPM microscope with a confocal Raman and fluorescence spectrometer were used. The creation of molecular structural formulas was carried out in the integrated ChemOffice software package in ChemDraw 3D.Results. The data obtained showed that the sorption capacity of sawdust depends on the type of modification and on changes that have occurred at the molecular level. The greatest changes occurred with the type of modification of sodium hydroxide, the greatest formation of hydroxyl and carboxyl groups was noted.The results of IR spectrometry indicate that changes in the structure of the modified sorbents indicate a possible improvement in the ability of sawdust to sorb, including direct dyes.To determine the physicochemical parameters of sawdust and their various modifications, such characteristics as humidity, pH of the medium, settling rates, swelling, porosity, and bulk density were studied.The determination of the clarifying ability and adsorption activity of sawdust of various modifications was carried out using methylene blue. All samples of sawdust exhibit sorption properties, they can adsorb molecules ranging in size from 0.63 to 1.26 nm.Determined adsorption activity for iodine, characterized by iodine number and adsorption activity. The adsorption activity for iodine differs significantly (5.874-13.494), which is due to the different mechanism of sorption on various modifications of the cellulose sorbentConclusion. In this work, it is confirmed that the modification of sawdust with substances having an acidic and alkaline environment will positively affect the degree of sorption of the sorbent. Sawdust modified with 1% and 5% NaOH has the highest sorption capacity.With the help of IR spectroscopy, it has been proved that in the process of modification, changes occur in the sorbents at the structural level.

сорбентмодификациявлажностьрН средыскорость оседаниянабуханиепористостьнасыпная плотностьосветляющая способностьsorbentmodificationhumiditypH of the mediumsettling rateswellingporositybulk densitybrightening abilityReferencesЛысенко А. В., Лямцев С. Е., Молокоедова И. В. Влияние породы древесных опилок на адсорбционную очистку от катионных красителей // Актуальные проблемы экологии и охраны труда: сборник статей VIII Международной научно-практической конференции / Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2016. С. 286–290.Lysenko A. V., Lyamtsev S. E., Molokoedova I. V. Vliyanie porody drevesnykh opilok na adsorbtsionnuyu ochistku ot kationnykh krasitelei [Influence of sawdust species on adsorption purification from cationic dyes]. Aktual'nye problemy ekologii i okhrany truda. Sbornik statei VIII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Actual problems of ecology and labor protection. Collection of articles of VIII International Scientific and Practical Conference]. Kursk, Southwest St. Univ. Publ., 2016, pp. 286–290.Очистка сточных вод от прямых красителей отходами деревообрабатывающей промышленности / К. И. Шабалина, В. С. Мяснянкина, А. В. Лысенко, В. С. Мальцева // Страна живет, пока работают заводы: сборник научных трудов Международной научно-технической конференции. Курск: ИП Пучков И. И., 2015. С. 388–391.Shabalina K. I., Myasnyankina V. S., Lysenko A. V., Maltseva V. S. Ochistka stochnykh vod ot pryamykh krasitelei otkhodami derevoobrabatyvayushchei promyshlennosti [Wastewater treatment from direct dyes with waste from the woodworking industry]. Strana zhivet, poka rabotayut zavody. Sbornik nauchnykh trudov Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii [The country lives while the factories work. Collection of articles of International Scientific and Technical Conference]. Kursk, IP Puchkov I. I. Publ., 2015, pp. 388–391.Лысенко А. В., Лямцев С. Е., Молокоедова И. В. Влияние породы древесных опилок на адсорбционную очистку от катионного красителя синего 2К // Физическая и коллоидная химия – основа новых технологий и современных методов анализа в химической и пищевой отраслях промышленности: [сборник статей]. Воронеж: Воронеж. гос. ун-т инженерных технологий, 2016. С. 350–354.Lysenko A. V., Lyamtsev S. E., Molokoedova I. V. Vliyanie porody drevesnykh opilok na adsorbtsionnuyu ochistku ot kationnogo krasitelya sinego 2K [Influence of sawdust species on adsorption purification from cationic dye blue 2K]. Fizicheskaya i kolloidnaya khimiya – osnova novykh tekhnologii i sovremennykh metodov analiza v khimicheskoi i pishchevoi otraslyakh promyshlennosti. Sbornik statei [Physical and colloidal chemistry - the basis of new technologies and modern methods of analysis in the chemical and food industries. Collection of articles]. Voronezh, Voronezh St. Univ. of Engineering Technologies Publ., 2016, pp. 350–354.Шабалина К. И., Мяснянкина В. С., Сазонова А. В. Влияние массы древесных опилок на степень сорбции прямых красителей из водных растворов в зависимости от рН среды // Фундаментальные и прикладные исследования в области химии и экологии: материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Курск, 2015. С. 232–234.Shabalina K. I., Myasnyankina V. S., Sazonova A. V. Vliyanie massy drevesnykh opilok na stepen' sorbtsii pryamykh krasitelei iz vodnykh rastvorov v zavisimosti ot rN sredy [Influence of the mass of sawdust on the degree of sorption of direct dyes from aqueous solutions depending on the pH of the medium]. Fundamental'nye i prikladnye issledovaniya v oblasti khimii i ekologii. Materily Mezhdunarodnoi nauchnoprakticheskoi konferentsii studentov, aspirantov i molodykh uchenykh [Fundamental and applied research in the field of chemistry and ecology. Materials International scientific-practical conference of students, graduate students and young scientists]. Kursk, Universitetskaya kniga Publ., 2015, pp. 232–234.Лысенко А. В., Левина К. А., Кувардин Н. В. Адсорбция прямых светопрочных красителей целлюлозным сырьем из водных растворов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11, № 1. С. 114–129.Lysenko A. V., Levina K. A., Kuvardin N. V. Adsorbtsiya pryamykh svetoprochnykh krasitelei tsellyuloznym syr'em iz vodnykh rastvorov [Adsorption of direct light-resistant dyes by cellulose raw materials from aqueous solutions]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Technics and Technologies, 2021, vol. 11, no. 1, pp. 114–129.Левина К. А., Лысенко А. В. Кинетика процесса адсорбции прямых красителей целлюлозным сырьем из промышленных вод // Инновационный потенциал развития общества: взгляд молодых ученых: сборник научных статей Всероссийской научной конференции перспективных разработок. Курск: Университетская книга, 2020. Т. 2. С. 367–370.Levina K. A., Lysenko A. V. Kinetika protsessa adsorbtsii pryamykh krasitelei tsellyuloznym syr'em iz promyshlennykh vod [Kinetics of the process of adsorption of direct dyes by cellulose raw materials from industrial waters]. Innovatsionnyi potentsial razvitiya obshchestva: vzglyad molodykh uchenykh. Sbornik nauchnykh statei Vserossiiskoi nauchnoi konferentsii perspektivnykh razrabotok [Innovative potential for the development of society: the view of young scientists. Collection of articles of All-Russian scientific conference of advanced developments]. Kursk, Universitetskaya kniga Publ., 2020, pp. 367–370.Лысенко А. В., Янкив К. Ф., Левина К. А. Кинетика и константы скорости диффузии при сорбции прямых красителей древесными опилками // За нами будущее: взгляд молодых ученых на инновационное развитие общества: сборник научных статей Всероссийской молодежной научной конференции. Курск: Университетская книга, 2020. С. 154–158.Lysenko A. V., Yankiv K. F., Levina K. A. Kinetika i konstanty skorosti diffuzii pri sorbtsii pryamykh krasitelei drevesnymi opilkami [Kinetics and rate constants of diffusion during the sorption of direct dyes by sawdust]. Za nami budushchee: vzglyad molodykh uchenykh na innovatsionnoe razvitie obshchestva. Sbornik nauchnykh statei Vserossiiskoi molodezhnoi nauchnoi konferentsii [The future behind us: a view of young scientists on the innovative development of society. Collection of scientific articles of All-Russian youth scientific conference]. Kursk, Universitatskay kniga Publ., 2020, pp. 154–158.Плохих В. В. Определение химического состава древесных опилок // Наука молодых – будущее России: сборник научных статей 7-й Международной научной конференции перспективных разработок молодых ученых. Курск: Университетская книга, 2022. Т. 5. С. 104–107.Bad V. V. Opredelenie khimicheskogo sostava drevesnykh opilok [Determination of the chemical composition of sawdust]. Nauka molodykh – budushchee Rossii. Sbornik nauchnykh statei 7-i Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii perspektivnykh razrabotok molodykh uchenykh [Science of the young – the future of Russia. Collection of scientific articles of the 7th International scientific conference of promising developments of young scientists]. Kursk, Universitetskaya kniga Publ., 2022, pp. 104–107.Ефремова А. Н., Бурыкина О. В. Исследование адсорбционной активности меловой породы Курской области // Фундаментальные и прикладные исследования в области химии и экологии: материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Курск: Университетская книга, 2015. С. 195–196.Efremova A. N., Burykina O. V. Issledovanie adsorbtsionnoi aktivnosti melovoi porody Kurskoi oblasti [Study of the adsorption activity of the chalk rock of the Kursk region]. Fundamental'nye i prikladnye issledovaniya v oblasti khimii i ekologii. Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii studentov, aspirantov i molodykh uchenykh [Fundamental and applied research in the field of chemistry and ecology. Materials of the International scientific-practical conference of students, graduate students and young scientists]. Kursk, Universitetskaya kniga Publ., 2 015, pp. 195–196.Колышкин Д. А., Михайлова К. К. Активные угли. Свойства и методы испытаний: справочник. Л.: Химия, Ленингр. отд-ние, 1972. 56 с.Kolyshkin D. A., Mikhailova K. K. Aktivnye ugli. Svoistva i metody ispytanii [Active coals. Properties and test methods]. Leningrad, Khimiya Publ., Leningr. otd-nie, 1972. 56 p.Евсина Е. М., Алыков Н. М., Евсина А. М. Использование нового высокоэффективного сорбирующего материала для кондиционирования атмосферного воздуха в закрытых пространствах // Экологические системы и приборы. 2013. № 2. С. 45–51.Evsina E. M., Alykov N. M., Evsina A. M. Ispol'zovanie novogo vysokoefektivnogo sorbiruyushchego materiala dlya konditsionirovaniya atmosfernogo vozdukha v zakrytykh prostranstvakh [The use of a new highly efficient sorbent material for atmospheric air conditioning in closed spaces]. Ekologicheskie sistemy i pribory = Ecological systems and devices, 2013, no. 2, pp. 45–51.Влияние рН среды на сорбцию прямых светопрочных красителей древесными опилками из водных растворов / А. В. Лысенко, К. А. Левина, Е. А. Фатьянова, Д. А. Дурнев, А. Ефремова // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2022. Т. 12, № 3. С. 201–225.Lysenko A. V., Levina K. A., Fatyanova E. A., Durnev D. A., Efremova A. Vliyanie pH sredy na sorbtsiyu pryamykh svetoprochnykh krasitelei drevesnymi opilkami iz vodnykh rastvorov [Influence of medium pH on the sorption of direct lightfast dyes by sawdust from aqueous solutions]. Izvestiya YugoZapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Technics and Technologies, 2022, vol. 12, no. 3, pp. 201–225.Лавров Р. В., Кликин Е. Г., Новиков Л. Б. Использование гидроксида натрия для получения стекловидных щелочных силикатов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2019. № 7. С. 95–101.Lavrov R. V., Klikin E. G., Novikov L. B. Ispol'zovanie gidroksida natriya dlya polucheniya steklovidnykh shchelochnykh silikatov [The use of sodium hydroxide to obtain vitreous alkaline silicates]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V. G. Shukhova = Bulletin of the Belgorod State Technological University V. G. Shukhov, 2019, no. 7, pp. 95–101.Олонцев В. Ф., Генералова К. Н., Минькова А. А. Исследование сорбционной способности и структуры нанопористых углеродных материалов // Современные инновации в науке и технике: сборник научных трудов 4 Международной научно-практической конференции. Курск: Университетская книга, 2014. С. 265–268.Olontsev V. F., Generalova K. N., Minkova A. A. Issledovanie sorbtsionnoi sposobnosti i struktury nanoporistykh uglerodnykh materialov [Study of the sorption capacity and structure of nanoporous carbon materials]. Sovremennye innovatsii v nauke i tekhnike. Sbornik nauchnykh trudov 4 Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Modern innovations in science and technology. Collection of scientific articles of the 4th International scientific and practical conference]. Kursk, Universitetskaya kniga Publ., 2014, pp. 265–268.Карпова Е. В. Изучение модифицированной древесины методом ИК-Фурье-спектроскопии: дис. … канд. хим. наук. Красноярск, 2002. 140 с.Karpova E. V. Izuchenie modifitsirovannoi drevesiny metodom IK-Fur'e-spektroskopii. Diss. kand. tekhn. nauk [Study of modified wood by IR-Fourier spectroscopy. Cand. chem. sci. diss.]. Krasnoyarsk, 2002. 140 p.Сазонова А. В. Термодинамика и кинетика сорбции поллютантов сточных вод нетрадиционными материалами: дис. … канд. хим. наук. Курск, 2013. 148 с.Sazonova A. V. Termodinamika i kinetika sorbtsii pollyutantov stochnykh vod netraditsionnymi materialami. Diss. kand. khim. nauk [Thermodynamics and kinetics of sorption of waste water pollutants by non-traditional materials. Cand. chem. sci. diss.]. Kursk, 2013. 148 p.Гатилова О. В., Бурыкина О. В. Кинетика сорбции красителя катионного розового 2С древесными опилками // EUROPEJSKA NAUKA XXI POWIEKĄ – 2015: мateriały XI międzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji. Przemusl: Nauka i studia, 2015. Р. 68–70.Gatilova O. V., Burykina O. V. Kinetika sorbtsii krasitelya kationnogo rozovogo 2S drevesnymi opilkami [Sorption kinetics of cationic pink dye 2С on sawdust]. [European science of the XXI century – 2015. Proceedings of the XI International scientific and practical conference]. Przemusl, Nauka i studia Publ., 2015, pp. 68–70.Исследование кинетических кривых сорбции древесными опилками прямого синего КУ из водных растворов в зависимости от рН среды / К. А. Левина, А. А. Рухлина, А. В. Лысенко, Н. В. Кувардин // 21 век: фундаментальная наука и технологии: материалы XXV Международной научно-практической конференции. North Charleston, Lulu PressInc., 2021. С. 167–171.Levina K. A., Rukhlina A. A., Lysenko A. V., Kuvardin N. V. Issledovanie kineticheskikh krivykh sorbtsii drevesnymi opilkami pryamogo sinego KU iz vodnykh rastvorov v zavisimosti ot pH sredy [Study of the kinetic curves of sorption of direct blue HC from aqueous solutions by sawdust depending on the pH of the medium]. 21 vek: fundamental'naya nauka i tekhnologii. Materialy XXV Mezhdunarodnoi nauchnoprakticheskoi konferentsii [21st century: fundamental science and technology. Materials of the XXV international scientific and practical conference]. North Charleston, Lulu PressInc., 2021, pp. 167–171.Андриянцева С. А. Снижение эмиссии углеводородов из строительных материалов путем применения сорбентов, полученных из отходов коксохимического производства: дис. … канд. техн. наук. Воронеж, 2012. 156 c.Andriyantseva S. A. Snizhenie emissii uglevodorodov iz stroitel'nykh materialov putem primeneniya sorbentov, poluchennykh iz otkhodov koksokhimicheskogo proizvodstva. Diss. kand. tekhn. Nauk [Reducing the emission of hydrocarbons from building materials by using sorbents obtained from by-products of coke production. Cand. eng. sci. diss.]. Voronezh, 2012. 156 p.Сазонова А. В., Афанасьева М. М. Использование отходов кожевенного производства для очистки сточных вод текстильных предприятий // Актуальные проблемы экологии и охраны труда: сборник статей VII Международной научно-практической конференции / редкол.: Л. В. Шульга (отв. ред.) [и др.]; Юго-Западный гос. ун-т. Курск, 2015. С. 181–185.Sazonova A. V., Afanas'eva M. M. Ispol'zovanie otkhodov kozhevennogo proizvodstva dlya ochistki stochnykh vod tekstil'nykh predpriyatii [The use of leather production waste for wastewater treatment of textile enterprises]. Aktual'nye problemy ekologii i okhrany truda. Sbornik statei VII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Actual problems of ecology and labor protection. Collection of articles of the VII International scientific and practical conference]; ed. by L. V. Shulga. Kursk, Southwest St. Univ. Publ., 2015, рр. 181–185.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.