1.2.2 Магнитные нанокомпозиты на основе хитина (хитозана)

В работе [24] представлена методика синтеза и результаты исследований магнитных композитов на основе хитина (хитозана). Исследована адсорбция катионов тяжелых металлов с различной степенью окисления: Co⁺² и Cr⁺⁶.

Магнитный хитин синтезировали в две стадии: конструирование оболочки из хитозана для наночастиц магнетита и избирательное ацетилирование аминогрупп хитозана с получением оболочки из хитина.

Синтез магнетита и последующее нанесение хитозановой оболочки на магнетит осуществляли согласно [25].

Частицы магнетита были получены дегидратацией и соосаждением свежеприготовленных гидроксидов катинонов Fe²⁺ и Fe³⁺, образованных из их солей и взятых в мольном соотношении 1:2 в щелочном растворе. Кратко: 1,4 г Fe₂(SO₄)₃∙9H₂O и 0,7 г FeSO₄∙12H₂O растворили в 25 мл деионизированной воды, затем добавили 10 мл 25% водного раствора аммиака. Реакционную смесь обработали ультразвуком (22 кГц) в течение 2 мин. Черный осадок магнетита собрали с помощью постоянного магнита (напряженность магнитного поля 2000 Гс), несколько раз промыли деионизированной водой до нейтрального рН воды и использовали сразу после приготовления.

Получение композита магнетит/хитозан (Fe₃О₄/ХЗ) проводилось по следующей методике: свежеприготовленный магнетит (0,50 г водной дисперсии, содержащей 0,11 г сухого магнетита) смешали с 50 мл деионизированной воды и обработали ультразвуком (22 кГц) в течение 2 минут. Затем добавили 5 мл 2% раствора хитозана в 1% растворе CH₃COOH. Реакционную смесь дополнительно обработали ультразвуком в течение 2 мин. Магнитный композит собрали с помощью постоянного магнита и промыли деионизированной водой. Наночастицы Fe₃О₄/ХЗ отделили от микрочастиц центрифугированием при 3000 об/мин в течение 5 мин, затем нано- и микрочастицы лиофилизовали. Выход фракции наночастиц составил 6%, микрочастиц – 94%.

Массовое содержание хитозана в полученных наночастицах составило 35%. Для получения сорбента Fe₃O₄/ХТ 0.95г комплекса магнетит-хитозан поместили в 32 мл смеси: уксусный ангидрид – 3%-ная уксусная кислота – метанол (объемное соотношение 1:5:10) и перемешали в течение 24 часов при комнатной температуре. Затем композит осадили при помощи постоянного магнита, промыли 3%-ной уксусной кислотой, затем водой до нейтральной реакции промывных вод, а после ацетоном. После высушивания выход сорбента составил 0.98 г. Массовое содержание хитина в полученном композите – 34%. Удельный объем сухого композита составил 1 мл/г [25].

Изучение процесса сорбции катионов металлов осуществляли в статическом режиме при использовании водных растворов солей металлов при температуре 23 ˚С и рН 4 для Co⁺²; рН 6 для Cr⁺⁶. Навеску сорбента (100-400 мг) помещали в раствор соли металла (15 мл), надосадочный раствор анализировали через выбранные промежутки времени методом спектрофотометрии на предмет содержания катионов металла.

Для сорбента Fe₃O₄/ХЗ максимальное извлечение катиона Cr⁶⁺ составило 76% при использовании двух разных концентраций, для Fe3O4/ХТ – 93%. При этом равновесие достиглось за 20 минут сорбции (рисунок 2). Сорбционная емкость обоих композитов в отношение катиона кобальта примерно одинакова и превышала таковую для шестивалентного катиона хрома.

1 – Fe₃O₄/ХТ (C = 0,1 мг/мл); 2 – Fe₃O₄/ХТ (C = 0,05 мг/мл);

3 – Fe₃O₄/ХЗ (C = 0,1 мг/мл)

Рисунок 2 – Изотермы адсорбции катиона Cr⁶⁺ при использовании синтезированных магнитных композитов [24]

Следует отметить, что магнитные композиты, содержащие хитин или хитозан, оказались эффективными сорбентами катионов тяжелых металлов. Для этой цели предпочтительно использовать композит, содержащий хитин, ввиду его большей устойчивости в средах с низким значением рН. Такие сорбенты также могут оказаться полезными для дезактивации жидких радиоактивных отходов [24].