Получение привитых сополимеров картофельного крахмала с акриламидом и их сорбционные свойства

  • Елена Константиновна Фомина Научно­-исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Ираида Аркадьевна Климовцова Научно-­исследовательский институт физико­-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Евгений Валерьевич Гринюк Научно­-исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Марина Вячеславовна Ласминская Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Леонович Кудрявский Научно­-исследовательский институт физико­-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Александра Андреевна Федоренко Научно-­исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Иванович Шиман Научно-­исследовательский институт физико­-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Олег Владиславович Якименко Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Синтезированы гибридные гидрогели посредством прививки акриламида к макромолекулам картофельного крахмала по радикальному механизму в водно-полимерных системах. В качестве инициатора полимеризации использовали персульфат аммония, а в качестве сшивающего агента ‒ N,N′-метилен-бис-акриламид. Структура и свойства привитого сополимера крахмала с акриламидом изучена методами фурье-ИК-спектроскопии, рентгенофазового анализа и термогравиметрии. Высказано предположение, что центрами прививки полиакриламида к макромолекулам крахмала являются преимущественно первичные атомы углерода полисахарида. Изучено влияние массовых соотношений реагентов на сорбционные и реологические свойства полученных гидрогелей. Проведено химическое модифицирование гидрогелей на основе привитых сополимеров крахмала с акриламидом посредством щелочного гидролиза. Установлено влияние гидролиза на сорбционную способность гидрогелей по отношению к ионам тяжелых металлов (на примере ионов Cu(II)).

Биографии авторов

Елена Константиновна Фомина, Научно­-исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории катализа полимеризационных процессов Научно-­исследовательского института физико­-химических проблем БГУ, доцент кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета БГУ

 

Ираида Аркадьевна Климовцова, Научно-­исследовательский институт физико­-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

старший научный сотрудник лаборатории катализа полимеризационных процессов



Евгений Валерьевич Гринюк, Научно­-исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук, доцент; директор Научно-исследовательского института физико-­химических проблем БГУ, доцент кафедры радиационной химии и химико-фармацевтических технологий химического факультета БГУ



Марина Вячеславовна Ласминская, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

соискатель кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета



Дмитрий Леонович Кудрявский, Научно­-исследовательский институт физико­-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории катализа полимеризационных процессов Научно­-исследовательского института физико­-химических проблем БГУ, специалист отдела международного научно-технического сотрудничества и выставочной деятельности Главного управления науки БГУ



Александра Андреевна Федоренко, Научно-­исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории катализа полимеризационных процессов Научно-­исследовательского института физико-­химических проблем БГУ, аспирант кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета БГУ. Научный руководитель – доктор химических наук, профессор С. В. Костюк



Дмитрий Иванович Шиман, Научно-­исследовательский институт физико­-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук, доцент; ведущий научный сотрудник лаборатории катализа полимеризационных процессов



Олег Владиславович Якименко, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

старший преподаватель кафедры аналитической химии химического факультета



Литература

  1. Vega-Hernández MÁ, Cano-Díaz GS, Vivaldo-Lima E, Rosas-Aburto A, Hernández-Luna MG, Martinez A, et al. A review on the synthesis, characterization, and modeling of polymer grafting. Processes. 2021;9(2):375. DOI: 10.3390/pr9020375.
  2. Kumar D, Pandey J, Raj V, Kumar P. A review on the modification of polysaccharide through graft copolymerization for various potential applications. The Open Medicinal Chemistry Journal. 2017;11:109–126. DOI: 10.2174/1874104501711010109.
  3. Huiyuan L, Dong F, Wang Q, Li Y, Xiong Y. Construction of porous starch-based hydrogel via regulating the ratio of amylopectin/amylose for enhanced water-retention. Molecules. 2021;26(13):3999. DOI: 10.3390/molecules26133999.
  4. Djordjevic S, Nikolic L, Kovacevic S, Miljkovic M, Djordjevic D. Graft copolymerization of acrylic acid onto hydrolyzed potato starch using various initiators. Periodica Polytechnica Chemical Engineering. 2013;57(1‒2):55‒61. DOI: 10.3311/PPch.2171.
  5. Qiao D, Tu W, Wang Z, Yu L, Zhang B, Bao X, et al. Influence of crosslinker amount on the microstructure and properties of starch-based superabsorbent polymers by one-step preparation at high starch concentration. International Journal of Biological Macromolecules. 2019;129:679‒685. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2019.02.019.
  6. Czarnecka E, Nowaczyk J. Semi-natural superabsorbents based on starch-g-poly(acrylic acid): modification, synthesis and application. Polymers. 2020;12(8):1794. DOI: 10.3390/polym12081794.
  7. Wu J, Wei Y, Lin J, Lin S. Study on starch-graft-acrylamide/mineral powder superabsorbent composite. Polymer. 2003;44(21):6513–6520. DOI: 10.1016/S0032-3861(03)00728-6.
  8. Yahaya S, Adiya ZISG, Adamu SS, Bature HB, Ibrahim IB. Swelling behaviour of starch-g-acrylic acid hydrogel and its potential application in removal of Rhodamine B and alkali blue dyes. Nigerian Journal of Technological Development. 2021;18(2):82‒91.
  9. Murugan R, Mohan S, Bigotto A. FTIR and polarised Raman spectra of acrylamide and polyacrylamide. Journal of the Korean Physical Society. 1998;32(4):505–512.
  10. Capek P, Drábik M, Turjan J. Characterization of starch and its mono and hybrid derivatives by thermal analysis and FT-IR spectroscopy. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2010;99:667–673. DOI: 10.1007/s10973-009-0194-1.
  11. Fan D, Ma W, Wang L, Huang J, Zhao J, Zhang H, et al. Determination of structural changes in microwaved rice starch using Fourier transform infrared and Raman spectroscopy. Starch. 2012;64(8):598–606. DOI: 10.1002/star.201100200.
  12. Ramazan K, Joseph I, Koushik S. Characterization of irradiated starches by using FT-Raman and FTIR spectroscopy. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2002;50(14):3912–3918. DOI: 10.1021/jf011652p.
  13. Bao X, Yu L, Shen S, Simon GP, Liu H, Chen L. How rheological behaviors of concentrated starch affect graft copolymerization of acrylamide and resultant hydrogel. Carbohydrate Polymers. 2019;219:395–404. DOI: 10.1016/j.carbpol.2019.05.034.
  14. Sun Y, Wu Z, Hu B, Wang W, Ye H, Sun Y, et al. A new method for determining the relative crystallinity of chickpea starch by Fourier-transform infrared spectroscopy. Carbohydrate Polymers. 2014;108(8):153–158. DOI: 10.1016/j.carbpol.2014.02.093.
  15. Schmidt B, Kowalczyk K, Zielinska B. Synthesis and characterization of novel hybrid flocculants based on potato starch copolymers with hollow carbon spheres. Materials. 2021;14(6):1498. DOI: 10.3390/ ma14061498.
  16. BeMiller J, Whistler R. Starch: chemistry and technology. 3rd edition. New York: Academic Press; 2009. 879 р.
  17. Kaewtatip K, Tanrattanakul V. Preparation of cassava starch grafted with polystyrene by suspension polymerization. Carbohydrаte Polymers. 2008;73(4):647–655. DOI: 10.1016/j.carbpol.2008.01.006.
  18. Liu X, Wang Y, Yu L, Tong Z, Chen L, Liu H, et al. Thermal degradation and stability of starch under different processing conditions. Starch. 2013;65(1–2):48–60. DOI: 10.1002/star.201200198.
  19. Worzakowska M. Thermal behavior, decomposition mechanism and some physicochemical properties of starch-g-poly(benzyl acrylate) copolymers. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2016;126:531–540. DOI: 10.1007/s10973-016-5603-7.
  20. Leung WM, Axelson DE, Van Dyke JD. Thermal degradation of polyacrylamide and poly(acrylamide-co-acrylate). Journal of Polymer Science. Part A, Polymer Chemistry. 1987;25(7):1825–1846. DOI: 10.1002/pola.1987.080250711.
  21. Jyothi AN, Sajeev MS, Moorthy SN, Sreekumar J. Effect of graft-copolymerization with poly(acrylamide) on rheological and thermal properties of cassava starch. Journal of Applied Polymer Science. 2010;116(1):337–346. DOI: 10.1002/app.31599.
  22. Fomina EK, Krul’ LP, Grinyuk EV, Yakimenko OV. Effect of Сu2+, Zn2+, and Mn2+ ions on the water absorption of polyelectrolyte hydrogels based on polyacrylonitrile fiber hydrolyzate. Russian Journal of Applied Chemistry. 2014;87(9):1334–1339. DOI: 10.1134/S1070427214090237.
  23. Osipova EA. Water-soluble complexing polymers. Sorosovskii obrazovatel’nyi zhurnal. 1999;8:40–47. Russian.
  24. Foo KY, Hameed BH. Insights into the modeling of adsorption isotherm systems. Chemical Engineering Journal. 2010;156(1):2–10. DOI: 10.1016/j.cej.2009.09.013.
  25. Yu Y, Peng R, Yang C, Tang Y. Eco-friendly and cost-effective superabsorbent sodium polyacrylate composites for environmental remediation. Journal of Materials Science. 2015;50(17):5799–5808. DOI: 10.1007/s10853-015-9127-5.
  26. He S, Zhang F, Cheng S, Wang W. Synthesis of sodium acrylate and acrylamide copolymer/GO hydrogels and their effective adsorption for Pb2+ and Cd2+. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2016;4(7):3948–3959. DOI: 10.1021/acssuschemeng.6b00796.
  27. Zheng Y, Hua S, Wang A. Adsorption behavior of Cu2+ from aqueous solutions onto starch-g-poly(acrylic acid)/sodium humate hydrogels. Desalination. 2010;263(1–3):170–175. DOI: 10.1016/j.desal.2010.06.054.
Опубликован
2024-03-02
Ключевые слова: картофельный крахмал, акриламид, привитые сополимеры, сорбция, ионы Cu(II)
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект «Новые методы получения гибридных полимерных суперабсорбентов на основе полисахаридов и полиакрилатов», грант № X22УЗБ-025).
Как цитировать
Фомина, Е. К., Климовцова, И. А., Гринюк, Е. В., Ласминская, М. В., Кудрявский, Д. Л., Федоренко, А. А., Шиман, Д. И., & Якименко, О. В. (2024). Получение привитых сополимеров картофельного крахмала с акриламидом и их сорбционные свойства. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 1, 3-14. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/chemistry/article/view/5608