Введение к работе
Актуальность исследования. Природные биополимеры растительного происхождения, содержащие целлюлозу, обладают рядом ценных свойств, благодаря которым они могут быть использованы в химической, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности. В последнее время актуальной является задача разработки способов получения и оценки адсорбционных свойств модифицированных природных материалов и дальнейшее их применение в химии (разделение и очистка веществ), экологии и медицине (в качестве материалов для гемо - и энтеросорбции).
В качестве интересных таких объектов исследования могут выступать сложные эфиры целлюлозы с алифатическими аминокислотами. Это связано с тем, что аминокислоты являются биологически активными соединениями, что позволяет получить модифицированные природные полимеры с биологически активными центрами.
Несмотря на то, что способы получения сложных эфиров целлюлозы известны довольно давно, процессы их получения являются многостадийными и требуют использования большого числа реагентов в процессе производства.
Проводимые на кафедре технологии переработки пластмасс и эластомеров Алтайского государственного технического университета (АлтГТУ) исследования показали возможность синтеза сложных эфиров целлюлозы из лигноцеллюлозного материала (обработанной древесины) с ароматическими и некоторыми алифатическими карбоновыми кислотами. При этом представляется интересным исследовать некоторые свойства синтезируемых сложных эфиров целлюлозы с аминокислотами, в том числе оценить возможность их применения в качестве адсорбентов ионов металлов.
Цель работы – разработать способ получения сложных эфиров целлюлозы с алифатическими аминокислотами путем переработки природного полимерного композиционного целлюлозосодержащего материала (древесины). Изучить некоторые физико-химические свойства синтезированных сложных эфиров целлюлозы для дальнейшего определения сфер их практического применения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- синтезировать сложные эфиры целлюлозы (СЭЦ) с алифатическими аминокислотами из лигно-целлюлозного материала (ЛЦМ) и целлюлозы с использованием смеси: «алифатическая аминокислота – тионилхлорид (ТХ) – трифторуксусная кислота (ТФУК)»;
- определить кинетические и термодинамические параметры активированного комплекса реакции ацилирования целлюлозы и целлюлозосодержащих материалов смесью «алифатическая аминокислота – тионилхлорид – трифторуксусная кислота»;
- физическими и физико-химическими методами (ИК-спектроскопии, методом определения тангенса угла диэлектрических потерь и др.) исследовать свойства полученных сложных эфиров целлюлозы;
- изучить адсорбционное взаимодействие ионов поливалентных металлов (Fe2+, Cu2+, Pb2+) со сложными эфирами целлюлозы с аминокислотами и оценить возможность их применения в качестве адсорбентов ионов металлов.
Научная новизна. Впервые разработан метод синтеза сложных эфиров целлюлозы с алифатическими аминокислотами из целлюлозосодержащего сырья.
Определены кинетические закономерности и термодинамические параметры процесса ацилирования целлюлозы и целлюлозосодержащих материалов смесью «алифатическая аминокислота – тионилхлорид – трифторуксусная кислота».
Получены новые сведения об адсорбционных и термофизических свойствах синтезированных из целлюлозосодержащего материала сложных эфиров целлюлозы с алифатическими аминокислотами.
Практическая значимость. По результатам проведенных исследований получен патент РФ «Способ получения эфира целлюлозы с аминоуксусной кислотой».
Работа вносит теоретический и практический вклад в развитие химии древесины и её основных компонентов, в частности, в области синтеза сложных эфиров целлюлозы.
Полученные сложные эфиры целлюлозы с алифатическими аминокислотами могут быть использованы в качестве адсорбентов ионов поливалентных металлов, а также биологически активных добавок – носителей микроэлементов.
Апробация работы: Основные результаты работы доложены на: IV Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2003 г.); 2-ой, 6-ой, 7-ой Всероссийских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и Молодежь» (Барнаул, 2005, 2009, 2010 гг.); 13-й Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов (5-ые Кирпичниковские чтения, Казань 2009 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Лесной и химический комплексы: проблемы и решения» (Красноярск, 2009 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Исследования и достижения в области теоретической и прикладной химии» (Барнаул, 2010 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, из них две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.
Получен патент РФ.
Объём и структура работы: Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической и экспериментальной частей, выводов, библиографии, состоящей из 120 наименований. Работа изложена на 124 страницах, содержит 19 таблиц и 39 рисунков.
