Исследование сорбционной способности нетрадиционных материалов по отношению к двухатомным фенолам (гидрохинону и пирокатехину) из водных растворов

Цель. Сравнительная оценка сорбционной способности и кинетики процесса удаления изомерных двухатомных фенолов – гидрохинона и пирокатехина – из водных растворов с использованием трёх типов нетрадиционных сорбентов на основе отходов: лигноцеллюлозный (шелуха пшеницы), белковый (кожевенная стружка) и синтетический (полиэтилен).

Методы. Сорбцию изучали в статических условиях при комнатной температуре, варьируя время контакта от 5 до 30 минут. Концентрацию фенолов определяли спектрофотометрически по окрашенным комплексам с хлоридом железа (III). Кинетические данные обрабатывали в рамках моделей псевдопервого и псевдовторого порядка. Рассчитывали основные сорбционные характеристики: степень извлечения, статическую обменную ёмкость, коэффициент распределения и константу скорости.

Результаты. Все исследованные сорбенты продемонстрировали высокую и близкую эффективность, обеспечивая извлечение более 98,5% фенолов за первые 10 минут. Установлено систематическое небольшое преимущество пирокатехина над гидрохиноном (на 0,1‒0,3%), обусловленное его большей кислотностью (pKa1 = 9,45) и гидрофобностью (log Kow = 0,88). Кинетика процесса во всех случаях удовлетворительно описывается моделью псевдопервого порядка. Наибольшие значения сорбционных параметров для обоих фенолов были получены для непищевых отходов пшеницы, что позволяет рекомендовать их в качестве наиболее эффективного материала. Для данного сорбента предложены доминирующие механизмы сорбции: водородные связи и π-π-взаимодействия с ароматическими фрагментами лигнина.

Заключение. Непищевые отходы переработки пшеницы являются высокоэффективным, доступным и перспективным сорбентом для удаления гидрохинона и пирокатехина из водных растворов, превосходящим по комплексу характеристик кожевенную стружку и полиэтилен. Процесс лимитируется диффузией сорбата к поверхности.

1. 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.

2. Юшин В. В., Лысенко А. В., Солуковцева Т. В. Вторичное использование побочных продуктов свеклосахарного производства // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2018. Т. 8, № 2 (27). С. 109-117.

3. Коновальцева З. С., Волвенкина К. В., Лысенко А. В. Сравнение кинетических характеристик сорбции фенола нетрадиционными сорбентами // Молодежь и XXI век – 2025: сборник научных статей 14-й Международной молодежной научной конференции. Курск: Университетская книга, 2025. С. 55-57.

4. Коновальцева З. С., Волвенкина К. В., Лысенко А. В. Сорбционное разделение фенолов непищевыми отходами переработки пшеницы // Молодежь и наука: шаг к успеху: сборник научных статей 8-й Всероссийской научной конференции перспективных разработок молодых ученых: в 4 т. Т. 4. Курск: Университетская книга, 2025. С. 72-74.

5. Коновальцева З. С., Волвенкина К. В., Лысенко А. В. Сорбционное разделение фенолов кожевенной стружкой // Молодежь и наука: шаг к успеху: сборник научных статей 8-й Всероссийской научной конференции перспективных разработок молодых ученых: в 4 т. Т. 4. Курск: Университетская книга, 2025. С. 75-77.

6. Коновальцева З. С., Волвенкина К. В., Лысенко А. В. Сорбционное разделение фенолов гранулами полиэтилена // Молодежь и наука: шаг к успеху: сборник научных статей 8-й Всероссийской научной конференции перспективных разработок молодых ученых: в 4 т. Т. 4. Курск: Университетская книга, 2025. С. 69-71.

7. Sun R. Cereal straw as a resource for sustainable biomaterials and biofuels: chemistry, extractives, lignins, hemicelluloses and cellulose.Amsterfam; Boston: Elsevier, 2010. 296 p.

8. Shoulders M. D., Raines, R. T. Collagen structure and stability // Annual Review of Biochemistry. 2009. Vol. 78. P. 929-958.

9. Пористые полимерные нанокомпозиционные материалы для охраны окружающей среды / Г. С. Минаков, С. А. Широких, Д. Ю. Корнилов, М. Ю. Королева // Химия в интересах устойчивого развития. 2022. Т. 30, № 1. С. 56-67.

10. Влияние структуры пектинов льняного и растительного сырья на формирование гибридных фитосорбентов и кинетику абсорбции алкалоидов / С. В. Алеева, С. А. Кокшаров, Н. Л. Корнилова, Е. Н. Никифорова // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2023. № 6 (408). С. 80-90.

11. Наноразмерные супрамолекулярные системы: от коллоидных ПАВ к амфифильным макроциклам и суперамфифилам / Р. Р. Кашапов, А. Б. Миргородская, Д. М. Кузнецов, Ю. С. Разуваева, Л. Я. Захарова // Коллоидный журнал. 2022. Т. 84, № 5. С. 503-522.

12. Волвенкина К. В., Коновальцева З. С. Анализ изотермы сорбции раствора фенола отходами переработки зерновых культур // Юность и знания – гарантия успеха – 2022: сборник научных статей 9-й Международной молодежной научной конференции: в 3 т. Т. 3. Курск: Университетская книга, 2022. С. 58-60.

13. Степанов М. Р., Каплун А. П. Определение концентрации полифенолов в присутствии альдегидов при синтезе наночастиц серебра с помощью экстрактов растений // Бутлеровские сообщения. 2022. Т. 69, № 4. С. 81-88.

14. Мальцева В. С., Сазонова А. В., Роик Б. О. Кинетика сорбции ионов меди (II) из водных растворов нетрадиционными материалами // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Физика и химия. 2012. № 2. С. 163-166.

15. Simonin J.-P. On the comparison of pseudo-first order and pseudo-second order rate laws in the modeling of adsorption kinetics // Chemical Engineering Journal. 2016. Vol. 300. P. 254-263.

16. Ниязи Ф. Ф., Мальцева В. С., Сазонова А. В. Кинетические закономерности сорбции ионов железа (II, III) модифицированными карбонатными породами // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Физика и химия. 2012. № 1. С. 40-47.

17. Michalowicz J., Duda W. Phenols – sources and toxicity // Polish Journal of Environmental Studies. 2007. Vol. 16, no. 3. P. 347-362

18. Plazinski W., Rudzinski W., Plazinska A. Theoretical models of sorption kinetics including a surface reaction mechanism: A review // Advances in Colloid and Interface Science. 2009. Vol. 152, is. 1-2. P. 2-13.

19. Ngah W.S.W., Hanafiah M.A.K.M. Removal of heavy metal ions from wastewater by chemically modified plant wastes as adsorbents: A review // Bioresource Technology. 2008. Vol. 99, no. 10. P. 39353948.

20. Ahmed M. J., Theydan S. K. Adsorption of phenols onto peanut husks: Equilibrium, kinetics and thermodynamics // Journal of Saudi Chemical Society. 2014. Vol. 18, is. 5. P. 675-685.

21. Васильев А. В. Использование биосорбентов для очистки почв и водных объектов от нефтяных загрязнений // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2024. Т. 26, № 6 (122). С. 164-174.