Пошук альтернативних шляхів утилізації опалого листя

Пошук альтернативних шляхів утилізації опалого листя

Утилізація опалого листя є важливою екологічною проблемою. Щорічно величезні кількості цього листя, яке містить у собі багато цінних речовин, спалюють, забруднюючи атмосферу токсичними продуктами. Метою даного дослідження, по-перше, є оцінка антиоксидаційних властивостей екстракту з опалого листя та порівняння їх з рядом відомих антиоксидантів, зокрема індивідуальною сполукою - іонолом і, по-друге, розгляд можливості одержання на основі опалого листя активованого вугілля.

Було досліджено опале листя каштана кінського. Фенольні сполуки у листі каштана виявляли якісною реакцією відновлення цинковим пилом у кислому середовищі в спиртовому розчині [1]. Екстракцію антиоксидантів проводили із застосуванням апарату Сокслета, як екстрагент використовували хлороформ. Отриманий витяг випаровували на вакуумному приладі, сухий залишок обробляли гексаном для видалення із системи ліпофільних сполук и розчинювали в етанолі.

Відомо, що фенольні сполуки (PhOH) рослинного походження мають антиоксидаційну активність, яка пов'язана зі здатністю фенолів взаємодіяти з вільними радикалами, а ці реакції можуть бути моделями для вивчення антирадикальної активності цих сполук [2]. Для оцінки антирадикальної активності досліджувалась реакція екстракту листя зі стабільним радикалом дифенілпікрилгідразилу (ДФПГ). Реакція ДФПГ з більшістю синтетичних фенолів протікає через відрив дифенілпікрилгідразилом атома Н від ОН-групи фенолу [3]:

Для порівняльної характеристики антирадикальної активності екстракту листя каштана також досліджувалась кінетика реакції взаємодії ДФПГ зі стандартним інгібітором - іонолом. Кінетику реакцій досліджували фотоколориметричо. Встановлено, що швидкість цих реакції видповідае наступним рівнянням:

lnV = 1,39 + 0,98*lnC (1),

Через те, що кінетичні рівняння 1 і 2 відрізняються, виникають труднощі порівняння реакційної здатності екстракту відносно іонолу. Для рішення цієї проблеми було досліджено кінетичні криві реакції взаємодії ДФПГ з іонолом та екстрактом при наступних умовах:

1) однакова початкова концентрація ДФПГ;

2) порівнянні концентрації іонолу та екстракту листя каштана. Отримані криві представлено на рисунку 1.

Рисунок 1. -Кінетичні криві витрачання ДФПГ в реакції з іонолом (С-3,2·10^-4 моль/л) і екстрактом листя каштана (С-0,06 г/л)

в етанолі при Т = 297 К.

Як бачимо з рисунку, початкова швидкість реакції взаємодії ДФПГ з іонолом дорівнює 7,6·10^-6 моль/л·мин, а при взаємодії з екстрактом - 2,56·10^-4 моль/л·мин. І якщо прийняти, що екстракт має подібну до іонолу кількість гідроксильних груп, то можна дійти висновку: етанольний розчин екстракту листя каштана має сполуки, які володіють значно більшою антирадикальною здатністю, ніж іонол.

Було досліджено також можливість одержання на основі опалого листя активованого вугілля. В процесі експерименту використано загальні технологічні прийоми приготування активованого вугілля підготовка сировини (дроблення, розсів), карбонізація (термічна обробка) і активація 4.

Опале листя каштана механічно подрібнювали до частинок діаметром 2-5 мм і попередньо карбонізували при температурі 673 К упродовж 5 годин для видалення із системи вологи і летких речовин. Карбонізати активували водяною парою при 1073 К упродовж 5 годин. Вихід активованого продукту складав до 25 % від вихідної сировини.

Отримане активоване вугілля є тонкодисперсним порошком чорного кольору без механічних домішок.

Для оцінки якості активованого вугілля на основі опалого листя відповідно за ДСТ 6217-74 було визначено такі його показники, як масові частки золи і вологи, розмір питомої поверхні, що їх представлено в таблиці 1.

Оцінку адсорбційних властивостей і характеристики розподілу пор активованого вугілля на основі опалого листя проводили, досліджуючи ізотерми адсорбції метиленового блакитного і йоду. Для порівняльної характеристики ті ж вимірювання проводили для карболену медичного, прийнятого за стандарт. Адсорбційну активність за метиленовим блакитним і йодом визначали відповідно до ДСТ 6217-74, вимірюючи кількість адсорбтиву (у ммолях), що поглинається 1 г активованого вугілля за певних умов контакту 5. Ізотерми адсорбції метиленового блакитного і йоду, отримані при температурі 290 К, представлено на рисунках 2 і 3.

Таблиця 1 - Порівняльна характеристика хімічних показників активованого вугілля на основі листя каштана і показників

за ДСТ 6217-74.

Вид одержаних залежностей є типовим для ізотерм фізичної адсорбції, що протікає за мономолекулярним механізмом за схемою:

молекула адсорбтиву + активний центр адсорбційний комплекс.

Рисунок 2 - Ізотерми адсорбції метиленового блакитного на карболені медичному (1) й активованому вугіллі на основі листя каштана (2) при 290 К.

Рисунок 3 - Ізотерми адсорбції йоду на карболені медичному (1) й активованому вугіллі на основі листя каштана (2) при Т = 290 К.

Експериментальні дані було статистично оброблено відповідно до рівнянь адсорбції Ленгмюра та Фрейндліха. Результати представлені в таблицях 2 i 3, де R - коефіцієнт кореляції.

Таблиця 2 - Параметри адсорбції йоду на активованому вугіллі на основі листя каштана (АВ) та карболені медичному (КМ)

при Т=290 К.

Як видно з таблиць 2 i 3, активоване вугілля на основі листя каштана має більшу сорбційну активність щодо йоду, ніж карболен медичний. Для адсорбції метиленового блакитного спостерігається зворотня картина. Це явище можна пояснити тим, що в активованому вугіллі на основі листя переважають в основному мікропори, для яких великі молекули метиленового блакитного є недоступними.

Таблиця 3 - Параметри адсорбції метиленового блакитного на активованому вугіллі на основі листя каштана (АВ) та карболені медичному (КМ) при 290 К.

Як показують результати досліджень, екстракт, отриманий з опалого листя, має високу антирадикальну активність порівняно зі стандартним інгібітором процесів окиснення - іонолом, а отримані характеристики адсорбційних властивостей активованого вугілля на основі опалого листя близькі до відповідних параметрів широко використовуваного сорбенту карболену медичного і відповідають нормам ДСТ 6217-74 (таблиця 1).

Таким чином, можна вважати перспективним використання обпалого листя як джерело антиоксидантів і як сировину для одержання сорбентів.

Література