НОВЫЙ ПРИРОДНЫЙ ЭНТЕРОСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ БЕЛКОВО-ПОЛИСАХАРИДНОГО КОМПЛЕКСА БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ Российский патент 2022 года по МПК A61K36/03 B01D11/02 A61P43/00 

Изобретение относится к химико-фармацевтической, медицинской, лечебно-профилактической области, а именно к сорбенту на основе белково-полисахаридного комплекса (БПК) бурых водорослей.

Белково-полисахаридный комплекс бурых водорослей может быть использован как перспективный сорбент, т.к. удовлетворяет требованиям безопасности используемого сырья, отсутствия побочных эффектов, стабильности и эффективности.

Сорбционные свойства рассматривались в отношении тяжелых металлов (Cd, Pb, Cr) и органических красителей (метиленового синего и метилового оранжевого), моделирующих среднемолекулярные эндотоксины.

Энтеросорбция - метод, широко используемый в медицине и ветеринарии для удаления токсинов различной природы [Морозов А.С., Бессонов И.В., Нуждина А.В., Писарев В.М. Сорбенты для экстракорпорального удаления токсических веществ и молекул с нежелательной биологической активностью (обзор) // Общая реаниматология. 2016. Т. 12. No 6. С. 82 –107, Sokolov M.N., Kuzminova A.M., Kanatbaev S.G. Enterosorption as a method of detoxification therapy in animal and birds // Modern Science. 2017. No 2. C. 57 –59].

Наиболее перспективным направлением для получения энтеросорбентов является использование различных природных материалов. В центре внимания находятся продукты и отходы сельскохозяйственной, текстильной, деревоперерабатывающей промышленности [A. Ivanovska, K. Asanovic, M. Jankoska, K. Mihajlovski, L. Pavun, M. Kostic, Multifunctional jute fabrics obtained by different chemical modifications, Cellulose. 27 (2020) 8485–8502., S. Demcak, M. Balintova, M. Hurakova, M. V. Frontasyeva, I. Zinicovscaia, N. Yushin, Utilization of poplar wood sawdust for heavy metals removal from model solutions, Nov. Biotechnol. Chim. 16 (2017) 26–31., B.I. Hussein, Removal of copper ions from waste water by adsorption with modified and unmodified sunflower stalks, J. Eng. 16 (2010) 5411–5421].

Тем не менее, данный диапазон не ограничивается только наземной флорой. Морские растения, в частности водоросли, ввиду особенностей их химического состава, быстрой скорости роста и возобновляемости ресурсного потенциала становятся объектом множества исследований по сорбции [F. Beolchini, C. Pennesi, B. Testaferri, C. Totti, I. De Michelis, F. Vegliò, Waste biomass from marine environment as arsenic and lead biosorbent, Adv. Mater. Res. 71–73 (2009) 597–600,

P. Sarkar, A. Dey, Phycoremediation – An emerging technique for dye abatement: An overview, Process Saf. Environ. Prot. 147 (2021) 214–225].

Возможность применения вновь разработанных сорбентов в медицинских целях зависит от их способности сорбировать эндотоксины различной природы. В практике определения сорбционных свойств энтеросорбентов используются различные маркерные вещества, моделирующие определенные классы токсинов: витамин В12, моделирующий токсины массой 500–1500 Д; желатин, моделирующий токсины белковой природы. В том числе для моделирования токсинов с массой до 500 Д используется краситель метиленовый синий [Решетников В.И. Оценка адсорбционной способности энтеросорбентов и их лекарственных форм // Химико–фармацевтический журнал. 2003. Т. 37. No 5. С. 28 –32].

Опасными токсикантами для человеческого организма являются тяжелые металлы. Они проявляют высокую активность к биомолекулам, вызывая нарушения их функционирования, замещая необходимые для организма элементы. Одним из способов детоксикации организма от ионов тяжелых металлов также является метод энтеросорбции.

В работе [К. Г. Боголицын, П. А. Каплицин, А. Э. Паршина, А. С. Дружинина, Д. В. Овчинников. Энтеросорбционные свойства клетчатки арктических бурых водорослей // Журнал прикладной химии. 2017. Т. 90. Вып. 11. С. 1513-1520] авторами исследованы сорбционные свойства водорослевой клетчатки по отношению к ионам тяжелых металлов, таким как свинец, кадмий, хром, серебро. Показано, что сорбционная емкость водорослевых сорбентов по отношению к исследуемым ионам тяжелых металлов на 50–200% выше, по сравнению с микрокристаллической целлюлозой и активированным углем.

В настоящее время в качестве высокоэффективных энтеросорбентов широко используются активированные угли (Патент RU № 2490207, МПК C01B31/08, 2013г., Патент Ru № 2180231, МПК А61К 35/78, А61К 33/44, 2002 г.). Недостатком таких сорбентов являются сложные и дорогостоящие технологии процессов карбонизации и активации исходного сырья, требующие высоких температур.

Поэтому в последнее время возрастает объем исследований в области поиска и применения новых сорбционных материалов из растительного сырья.

Получение энтеросорбентов из таких материалов, как древесина, лигнин, торф и др., в случае отсутствия термической обработки ведет к ограничению их применения ввиду значительного содержания фракции минеральных и пылевидных веществ, а также токсичных органических соединений [Лавренов А.В., Пьянова Л.Г., Седанова А.В., Лузянина Л.С. Импрегнированный бетулином наноструктурированный углеродный сорбент // Химия твердого топлива. 2015. No 1. С. 9–16, Суровикин В.Ф., Пьянова Л.Г., Лузянина Л.С., Долгих В.Т. Углеродные гемо– и энтеросорбенты на основе нанодисперсных углерод–углеродных материалов и использование их в медицине при критических состояниях //Эфферентная терапия. 2008. Т 14. No 1–2. С 4–8]; либо требует обработки в условиях термохимической активации, что позволяет получать углеродные материалы с высокоразвитой пористой структурой. Так, например, существуют углеродные сорбенты, полученные из органосольвентного лигнина древесины пихты, методом термощелочной активации, обладающие энтеросорбционной активностью, в отношении метиленового синего, витамина В12 и желатина [Veprikova E.V., Ivanov I.P., Chesnokov N.V., Kuznetsov B.N. Study of enterosorption activity of carbon sorbents based on organosolvent lignin of fir wood, J. Sib. Fed. Univ. Chem., 2018, 11(2), 249-261]. Установлено, что по способности сорбировать маркерные вещества исследуемые сорбенты превосходят промышленные активированные угли медицинского назначения.

Вместе с тем данный метод получения углеродного сорбента требует использования едких реактивов и температуры 800^оС. Кроме того, нет информации о применимости сорбента в отношении ионов тяжелых металлов.

Существует множество способов переработки бурых водорослей с получением широкого спектра биологически активных веществ, каждое из которых обладает определенным спектром действия. К примерам таких способов относятся:

- Способ переработки бурых водорослей семейства Ламинариевые (Патент Ru 2360545 МПК A23L1/337 2006 г.) с получением из них разных по химической природе биологически активных веществ и прежде всего свободных жирных кислот и полифенольных соединений, а также фитостеринов, водорастворимых полисахаридов, солей альгиновых кислот.

- Способ комплексной переработки бурых водорослей, включающий получение из высушенных и измельченных водорослей маннита, экстракцию его 0,8-1,2% водным раствором минеральной кислоты с последующей многостадийной очисткой маннитного экстракта оксидом или гидроксидом кальция, его кристаллизацию, очистку спиртом, повторную кристаллизацию маннита (Патент RU 2070808, МПК A23L1/052, C12P19/02, A01G33/00, A23K1/14, 1996 г.). После экстракции маннита из остатка промытой питьевой водой водоросли экстрагируют альгинат натрия при рН 8,8-9,6 и альгинат кальция добавлением раствора, содержащего ионы кальция. Гель альгината кальция обрабатывают раствором соляной кислоты для получения альгиновой кислоты и затем ее одновалентных солей, кислой кальциевой соли альгиновой кислоты. Остаток водоросли после нейтрализации прессуют, гранулируют и высушивают для использования в качестве кормовой добавки.

- Способ комплексной переработки бурых водорослей, позволяющий получить йодсодержащие и полисахаридные продукты (Патент RU 2233104, МПК A23L1/30, A23L1/337, 2004 г.). Способ предусматривает экстракцию измельченных водорослей 65-75% раствором этанола при температуре 50-60°С в течение 1,5-2,5 часов. Водно-спиртовый экстракт концентрируют с получением водно-липидной эмульсии, которую охлаждают до 5-10°С и разделяют на водную и липидную фракции. Из водной фракции получают йодсодержащий минерально-маннитный комплекс, а из липидной фракции - йодсодержащий липидный комплекс. Из водорослевого остатка получают фукоидан, альгилозу кальция и/или альгилозу натрия, альгиновую кислоту. Изобретение позволяет получить одновременно несколько добавок, содержащих биологически активные вещества, максимально извлечь йодсодержащие соединения за счет применения мягких режимов обработки сырья.

- Способ получения альгинатсодержащего продукта из морских бурых водорослей и пробиотического продукта на его основе (Патент RU 2453134, МПК A23L 1/0532, A23L 1/337, 2010 г.). Способ предусматривает подготовку водорослей и обработку их кислым раствором при рН 2,5-3,5, при нагреве смеси до 55-70°С в течение 1,0-1,5 часа. Затем одновременно с гомогенизацией производят обработку щелочным раствором, после чего продукт фасуют. Полученный альгинатсодержащий продукт используют в пробиотическом продукте, содержащем дополнительно нормализованное молоко, закваску бифидобактерий, молочнокислые бактерии. Изобретение позволяет получить продукт, обладающий бифидогенными, сорбционными и гелеобразующими свойствами.

Во всех вышеперечисленных способах извлекаются те или иные ценные компоненты бурых водорослей. Но остается без внимания возможность более полного использования водорослевого сырья с использованием белково-целлюлозной составляющей. Кроме того, компоненты водорослей могут быть использованы не только в качестве биологически активных веществ, но и в качестве сорбентов, способных связывать тяжелые металлы и другие токсины в жидких средах, в том числе в целях энтеросорбции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения с на основе клетчатки бурых водорослей (Патент RU 2637436, МПК А61К 36/03, B01D 11/02, A61P 43/00, 2017 г.). Сорбент, обладающий сорбционной активностью по отношению к солям тяжелых металлов и средне молекулярным токсикантам жидких сред, представляет собой очищенную от водорастворимых компонентов водорослевую клетчатку с размером частиц 0,05-0,2 мм, с мезопористой структурой. Сорбент получают путем сверхкритической флюидной экстракции воздушно-сухих бурых водорослей бинарным растворителем: сверхкритический диоксид углерода - этанол (10:1) при температуре 60°С, давлении 300 атм, в течение 60 мин с последующей очисткой остатка от водорастворимых веществ обработкой биомассы 0,1 н HCl при 60°С в три стадии по 60 минут, от альгиновых кислот - 1,5% раствором NaHCO3 при 50°С в 2 стадии и последующей четырехкратной экстракцией остатка водой при температуре кипения.

В отличие от прототипа, где подробно раскрывается способ получения сорбентов на основе клетчатки бурых водорослей Laminaria digitatа и Fucus Vesiculosus, в предлагаемом изобретении в качестве сорбентов выступают белково-полисахаридные комплексы бурых водорослей видов Laminaria digitatа и Laminaria saccharina, обладающие схожим составом с водорослевой клетчаткой. Вместе с тем модификация схемы позволила получить более чистые образцы, состоящие на 82-84% из белка и целлюлозы, за счет 3-кратной обработки 1,5% раствором Na₂CO₃, вместо 2-кратной обработки 1,5% раствором NaHCO₃, для более полного выделения альгиновых кислот; а также за счет 6-кратной промывки водой на заключительном этапе, вместо 4-кратной для более полного удаления водорастворимых компонентов. Дана полная характеристика полученных комплексов. Основное внимание в настоящем изобретении, по сравнению с аналогом, уделяется не разработке схемы выделения комплекса, а исследованию сорбционных свойств по отношению к токсикантам в зависимости от различных параметров. При этом, в прототипе сорбционная ёмкость по отношению к метиленовому синему определялась по ГОСТ 4453-74. Данный подход основан на характеристике капиллярно-пористых свойств материала, а не сорбционных, так как нет исчерпывающих данных о влиянии различных параметров процесса на протекание сорбции. В заявленном изобретении красители метиленовый синий и метиловый оранжевый используются в целях оценки возможности связывания среднемолекулярных токсикантов в широком диапазоне варьируемых параметров.

Также к преимуществу предлагаемого изобретения относится расширение диапазона применяемых сорбтивов, с включением веществ анионной природы: красителя метилового оранжевого; хрома VI, способного существовать в анионной форме.

Поскольку для любых сорбентов, в том числе для энтеросорбентов, важным фактором является время действия, то в сравнении с прототипом, где время контакта фаз составляло 2 часа и влияние времени на процесс сорбции не исследовалось, для заявленных комплексов время достижения сорбционного равновесия составляет 10 минут для красителей и 30 минут для тяжелых металлов.

Кроме того, в настоящем изобретении приводится оценка влияния процесса десорбции, что также важно при характеристике сорбционных препаратов.

Целью предлагаемого изобретения является оценка сорбционной активности белково-полисахаридного комплекса, выделенного из арктических бурых водорослей, в отношении веществ, моделирующих органические токсиканты (метиленовый синий и метиловый оранжевый) и тяжелых металлов (хром, кадмий, свинец) в зависимости от основных параметров процесса (температура, концентрация токсиканта, время сорбции, рН).

Технический результат изобретения достигается в результате:

- установления оптимальных условий процесса связывания исследуемых токсикантов белково-полисахаридными комплексами бурых водорослей.

- использования для получения сорбента доступного, природного, безопасного сырья – бурых водорослей, которые не только являются источником биологически активных веществ, но и обладают рядом полезных свойств: иммуномоделирующих, противоопухолевых, бактериостатических.

- смешанного механизма сорбции тяжелых металлов и красителей на образцах БПК бурых водорослей, обусловленного наличием активных сорбционных центров и развитой мезопористой структуры.

Технический результат: 1) оптимальные параметры процесса сорбции тяжелых металлов и среднемолекулярных токсикантов образцами белково-полисахаридных комплексов бурых водорослей.

2) расширение круга веществ, по отношению к которым предлагаемый комплекс бурых водорослей способен проявлять высокую сорбционную активность.

3) использование БПК в качестве сорбента способствует комплексному безотходному использованию сырья при переработке бурых водорослей.

В качестве объектов испытаний использовали образцы белково-полисахаридных комплексов, выделенных из арктических бурых водорослей Laminaria digitatа и Laminaria saccharina, по ранее разработанной авторами схеме (фиг. 1) [К.Г. Боголицын, А.Э. Паршина, А.С. Дружинина, Е.В. Шульгина. Сравнительная характеристика химического состава некоторых представителей бурых водорослей Белого и Желтого морей. // Химия растительного сырья. – 2020. - №3. - С. 35–46].

Измельченные водоросли были экстрагированы методом сверхкритической флюидной экстракции углекислым газом с использованием этанола в качестве сорастворителя на приборе SFE-5000 (Thar Technologies, США). Обезжиренные водоросли были экстрагированы раствором соляной кислоты в трех повторностях. После кислотной обработки биомасса была промыта дистиллированной водой до нейтральной реакции. Затем биомассу экстрагировали раствором карбоната натрия для удаления альгинатов в три последовательных стадии. Последний этап – отмывка биомассы водой в шесть стадий. Полученную биомассу (БПК) сушили лиофильно для дальнейших исследований.

Компонентный состав белково-полисахаридных комплексов исследуемых бурых водорослей представлен в таблице 1. Основными компонентами являются целлюлоза и трудногидролизуемые белки. Образцы БПК арктических ламинарий содержат незначительное количество сопутствующих компонентов (маннит, легкогидролизуемые полисахариды (ЛГП), соли альгиновых кислот, зола), что указывает на получение наиболее чистого комплекса белка с целлюлозой.

Физико-химические характеристики и характеристики свойств поверхности БПК отражены в таблице 2.

В качестве маркеров, позволяющих определять эффективность действия сорбента в отношении среднемолекулярных токсинов и тяжелых металлов, использовали катионный и анионный красители: метиленовый синий (МС) и метиловый оранжевый (МО), а также соли тяжелых металлов: на примере ионов Cd²⁺ , Pb²⁺ и Cr⁶⁺.

Исследование процесса сорбции красителей на образцах БПК бурых водорослей.

Влияние времени на установление сорбционного равновесия и процесс десорбции.

Оба красителя сорбируются на образцах БПК двух видов бурых водорослей. Сорбция протекает быстро в течение первых 10 минут, после чего величина ее остается на постоянном предельном уровне в течение исследуемых 120 минут.

Существенных различий между сорбционной емкостью двух образцов БПК не было обнаружено (МС: 24,13 и 24,89 мг/г; МО: 11,77 и 11,59 мг/г для БПК L. digitata и L. saccharina, соответственно).

Сорбция красителя метиленового синего примерно в 2 раза выше, чем метилового оранжевого, что может быть обусловлено свойствами красителя и поверхности сорбента.

Однако, величина десорбции МС (11,89 и 11,29 мг/г для БПК L. digitata и L. saccharina, соответственно) значительно выше, чем для МО (1,05 и 1,24 мг/г для БПК L. digitata и L. saccharina, соответственно), что может указывать на более слабое связывание красителя с сорбентом.

Влияние концентрации красителей и температуры на процесс сорбции.

Для построения изотерм сорбции были использованы растворы красителей с различными концентрациями (10-250 мг/л) при фиксированных параметрах температуры (37 °С), рН 7, времени (60 мин).

Наблюдается увеличение сорбции с возрастанием концентрации. Не выявлено значительных различий в сорбции между двумя образцами БПК, однако, существенно различается сорбционная емкость образцов по отношению к метиленовому синему и метиловому оранжевому, что согласуется с данными, описанными выше.

Установлено, что для образцов БПК L. digitatа и L. saccharina предельные значения сорбционной емкости достигаются при концентрации сорбата 250 мг/л (по метиленовому синему) и 100 мг/л (по метиловому оранжевому).

Зависимости максимальной сорбционной емкости от температуры в диапазоне 27-47^оС были получены по результатам анализа изотерм сорбции красителей на образцах БПК.

Сорбционная емкость БПК по отношению к красителям изменяется нелинейно с ростом температуры, и проходит характерный максимум при 37 °С, за исключением сорбции МС на БПК L. saccharina, для которого характерно постоянство сорбционной емкости, с тенденцией к незначительному линейному уменьшению с ростом температуры.

Таким образом, оптимальным значением температуры является температура 37^оС. Данное значение приближается к физиологическому значению температуры тела человека, что является благоприятным для использования сорбента в целях энтеросорбции.

Исследование влияния рН на сорбцию красителей

В ходе эксперимента варьировали значение рН в диапазоне 2-10 при прочих постоянных оптимальных условиях (концентрация красителей 250 мг/л; время сорбции 60 мин, температура 37 °С).

Для метилового оранжевого максимум сорбции отмечается в диапазоне рН 4-6, и составляет для БПК L. digitatа: 21,61-23,11 мг/г; для БПК L. saccharina: 23,02-24,99 мг/г.

Для метиленового синего оптимальными являются значения рН 6-10. Причем для всех образцов БПК уровень сорбции МС практически не меняется в диапазоне рН 6-10, что может свидетельствовать о достижении предельного значения сорбционной емкости, которая составляет 88,02 и 120,11 мг/г для образцов БПК L. digitatа и L. saccharina, соответственно.

Таким образом, рабочий диапазон рН для метиленового синего 6-10, для метилового оранжевого 4-6.

Значения рН, моделирующие состояние среды желудка и кишечника, составляют порядка 2 и 8 ед. рН, соответственно. Таким образом, наибольшая эффективность предлагаемых сорбентов должна проявляться в среде кишечника.

Исследование процесса сорбции тяжелых металлов на образцах БПК бурых водорослей.

Зависимость сорбции от времени

Сорбция тяжелых металлов (ТМ) протекает быстро в первые 30 минут контакта сорбента с раствором (рН раствора соли). После этого прирост количества связанных ионов уменьшается и выходит на постоянный уровень. В дальнейших экспериментах сорбция ТМ проводилась в течение 60 минут.

Влияние концентрации ТМ и температуры на процесс сорбции

Эффективность сорбции ТМ (R, %) образцами БПК бурых водорослей исследовалась при различных температурах (27-47^оС) и концентрациях металлов в исходных растворах (10-200 мг/л).

Наиболее близкой к физиологическому значению является температура 37^оС. При данной температуре, максимальная величина эффективности сорбции наблюдается при концентрации ТМ в исходных растворах 10 мг/л (Cd, Pb) и 20 мг/л (Cr) и составляет: для БПК L.digitata 98,19; 99,22 и 38,64 % по Cd, Pb и Cr, соответственно; для БПК L.saccharina 98,19; 97,86 и 63,44 % по Cd, Pb и Cr, соответственно.

С ростом исходной концентрации ТМ эффективность сорбции снижается и при максимальных значениях концентрации составляет: для БПК L. digitata: 34,44; 38,34 и 25,90% по Cd, Pb и Cr, соответственно; для БПК L. saccharina: 60,73; 68,55 и 42,46 % по Cd, Pb и Cr, соответственно.

Влияние рН на сорбцию

В эксперименте по сорбции ионов ТМ при различных условиях кислотности среды были использованы растворы с рН в диапазоне 2-6. Выбор данного диапазона обусловлен тем, что в щелочной среде ионы ТМ способны к образованию нерастворимых гидроксидов, вследствие чего осаждение на поверхности будет вносить серьезную погрешность в результаты эксперимента.

Установлено, что сорбция кадмия и свинца возрастает по мере уменьшения кислотности среды. Максимальные значения достигаются при рН 4-6 и составляют для БПК L. digitata: 19,25 и 36,57 мг/г для Cd и Pb, соответственно; для БПК L. saccharina: 32,49 и 64,78 мг/г для Cd и Pb, соответственно.

Напротив, сорбция хрома имеет тенденцию к возрастанию сорбционной емкости с ростом кислотности раствора, оптимальное значение рН 2 (13,46 и 30,07 мг/г для БПК L. digitate и L. saccharina соответственно).

Вышеизложенное поясняется следующими примерами

Исследование процесса сорбции красителей на образцах БПК бурых водорослей

Пример 1

Влияние времени на установление сорбционного равновесия и процесс десорбции.

Навеску сорбента (БПК) массой 0,5 г помещали в колбы, добавляли раствор красителя концентрацией 50 мг/л объемом 250 мл. Проводили сорбцию при температуре 37 °С, рН 7 в статическом режиме при непрерывном перемешивании в термостате. Через интервалы времени 5-120 минут отбирали аликвоту раствора, центрифугировали (5 минут, 9000 об/мин) и определяли равновесную концентрацию красителя на спектрофотометре Spekol UV 1300 (Analytic Jena, Germany).

Концентрацию устанавливали по предварительно построенной калибровочной кривой.

Величину сорбции определяли по уравнению 1:

, (1)

где q_e – величина сорбции (мг/г), С₀ – исходная концентрация (мг/л), С_е – равновесная концентрация (мг/л), m – масса сорбента (г), V – объем, взятый для сорбции (л).

Пример 2

Десорбция красителей

Суспензию красителя и сорбента после сорбции красителя (120 мин, 50 мг/л, 37 °С, рН 7) центрифугировали, остаток использовали в эксперименте по десорбции. Для этого к сорбенту после сорбции добавляли 250 мл 0,1 Н гидроксида натрия (для десорбции метилового оранжевого) или 0,1 Н соляной кислоты (для десорбции метиленового синего). Десорбцию проводили при 37 °С, отбирали аликвоты раствора в интервале времени 5-120 минут. Аликвоты центрифугировали и определяли равновесную концентрацию спектрофотометрически.

Пример 3.

Влияние концентрации красителей на процесс сорбции.

Эксперимент проводили аналогично описанному в примере 1, при следующих параметрах: растворы красителей с концентрациями 10-250 мг/л; температура 37 °С, рН 7, время сорбции 60 мин.

Пример 4.

Влияние температуры на процесс сорбции.

Эксперимент проводили аналогично описанному в примере 1, при следующих параметрах: температура сорбции 27-47 °С (27, 32, 37, 42 и 47 °С); концентрация растворов красителей 250 мг/л, рН 7, время сорбции 60 мин.

Пример 5.

Исследование влияния рН на сорбцию красителей

Эксперимент проводили аналогично описанному в примере 1, при следующих параметрах: рН варьировали в диапазоне 2-10; концентрация растворов красителей 250 мг/л, время сорбции 60 мин, температура 37 °С.

Исследование процесса сорбции ТМ на образцах БПК бурых водорослей

Пример 6.

Влияние времени на установление сорбционного равновесия

Для экспериментов по сорбции готовили растворы Cd(NO₃)₂, Pb(NO₃)₂, K₂Cr₂O₇ концентрацией 60 мг/л. Навеску образца БПК массой 0,5 г помещали в колбу, добавляли 250 мл раствора соли, смесь помещали в термостат. При постоянном перемешивании проводили сорбцию при температуре 37^оС и рН раствора соли. Через промежутки времени 5-120 минут производили отбор аликвоты раствора, центрифугировали (5 минут, 10,595 g). При необходимости проводили разбавление раствора и определяли остаточное содержание металла методом атомно-адсорбционной спектроскопии. Величину сорбции определяли по уравнению 1.

Пример 7.

Влияние температуры и концентрации тяжелых металлов на процесс сорбции

Эксперимент проводился аналогично описанному в примере 6 при следующих параметрах: концентрация металлов 10-100 мг/л для Cd(NO₃)₂, 10-200 мг/л для Pb(NO₃)₂, 20-200 мг/л для K₂Cr₂O₇; температура 27-47 °С; время сорбции 60 мин, оптимальные значения рН растворов солей (Cd: рН 6; Pb: рН 5; Cr: рН 2).

Пример 8.

Исследование влияния рН на сорбцию тяжелых металлов.

Эксперимент проводился аналогично описанному в примере 6 при следующих параметрах: рН среды 2-6; концентрация металлов 100 мг/л для Cd(NO₃)₂, 200 мг/л для Pb(NO₃)₂, 200 мг/л для K₂Cr₂O₇; температура 37 °С; время сорбции 60 мин.

Таблица 1. Компонентный состав белково-полисахаридных комплексов бурых водорослей, мг/г сухого БПК

БПК Маннит ЛГП Белки Соли альгиновых кислот Целлюлоза Зола L. digitata 18.5±0.9 9.3±0.5 259.7±13.0 139.1±7.1 560.2±27.8 9.3±0.7 L. saccharina 17.2±0.8 8.6±0.4 326.7±16.7 120.4±5.7 513.3±25.9 8.6±0.4

Таблица 2. Физико-химические характеристики и характеристики свойств поверхности БПК

Характеристика БПК L. digitata БПК L. saccharina Степень полимеризации, ед. 940 1140 Медное число, мг Cu/100 г 1.12 0.92 Степень кристалличности, % 52/54* 55/63* Удельная поверхность, м²/г 2.94 5.31 Средняя ширина пор, нм 1.80 1.60 Отн. доля мезопор в уд. поверхности, % 49.98 73.79

*отражение/просвет

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к сорбенту на основе белково-полисахаридного комплекса бурых водорослей. Сорбент на основе белково-полисахаридного комплекса (БПК) бурых водорослей для сорбции ионов тяжелых металлов и среднемолекулярных токсикантов, обладающий активными сорбционными центрами: карбоксильными, гидроксильными, аминогруппами; развитой мезопористой структурой и способностью работать в широком диапазоне рН: от 2 до 10 ед., в состав БПК входит: маннит, легкогидролизуемые полисахариды (ЛГП), белки, соли альгиновых кислот, целлюлоза, зола, в определенном соотношении между собой. Вышеописанный сорбент проявляет высокую сорбционную активность по отношению к тяжелым металлам и среднемолекулярным эндотоксинам в условиях, близких к условиям желудочно-кишечного тракта человека. 1 ил., 2 табл., 8 пр.

Сорбент на основе белково-полисахаридного комплекса (БПК) бурых водорослей, для сорбции ионов тяжелых металлов и среднемолекулярных токсикантов при температуре 37°С и времени сорбции не менее 10 мин для красителей, и не менее 30 минут для тяжелых металлов, обладающий активными сорбционными центрами: карбоксильными, гидроксильными, аминогруппами; развитой мезопористой структурой и способностью работать в широком диапазоне рН: от 2 до 10 ед., имеющий следующий компонентный состав:

в случае использования бурой водоросли L.digitata БПК имеет следующий состав, мг/г:

маннит 18.5±0.9 легкогидролизуемые полисахариды (ЛГП) 9.3±0.5 белки 259.7±13.0 соли альгиновых кислот 139.1±7.1 целлюлоза 560.2±27.8 зола 9.3±0.7

в случае использования бурой водоросли L.saccharina БПК имеет следующий состав, мг/г:

маннит 17.2±0.8 легкогидролизуемые полисахариды (ЛГП) 8.6±0.4 белки 326.7±16.7 соли альгиновых кислот 120.4±5.7 целлюлоза 513.3±25.9 зола 8.6±0.4