Получение привитых сополимеров картофельного крахмала с акриламидом и их сорбционные свойства
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)).
Литература
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- BeMiller J, Whistler R. Starch: chemistry and technology. 3rd edition. New York: Academic Press; 2009. 879 р.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Osipova EA. Water-soluble complexing polymers. Sorosovskii obrazovatel’nyi zhurnal. 1999;8:40–47. Russian.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Copyright (c) 2024 Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:
- Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
- Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).