ГИБРИДНЫЕ АЭРОГЕЛИ НА ОСНОВЕ ЛИГНИНА, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Аннотация
Получены гибридные аэрогели на основе лигнина и хитозана. Лигнин был извлечен из вьетнамской кокосовой койры с использованием метода жидкостной экстракции смесями различных растворителей, включая толуол, 1,4-диоксан, этанол и воду. Экстрагированный лигнин был охарактеризован с использованием метода ИК-спектроскопии. Образцы имеют характерные пики в области 2750-3700 см-1, связанные с -ОН-группами (водопоглощение или физическая связь в жирных и ароматических группах) и метильной группой; область 800-1800 см-1, в основном связанная со структурными единицами п-гидроксифенила, гваяцила и сирингила, а также с другими функциональными группами. Обычно имеется интенсивная полоса поглощения в области 1600-1720 см-1, характерная для карбонильных и карбоксильных групп, связанных с ароматическими звеньями. На основе извлеченного лигнина были полученны гибридные аэрогели. Гибридные аэрогели были охарактеризованы с использованием методов азотной порометрии и сканирующей электронной микроскопии. Удельная площадь поверхности гибридных аэрогелей составила от 217 до 440 м2/г; средний размер пор от 5 до 25 нм; общий объем мезопор от 0,8 до 2,2 см3/г; суммарный объем всех пор от 9,4 до 17,2 см3/г; кажущаяся плотность от 0,056 до 0,1 г/см3; пористость от 94 до 97%; линейная усадка от 3,5 до 15,3%. Полученные гибридные аэрогели на основе хитозана и лигнина с массовым соотношением 10:1 имеют развитую мезо-пористую структуру, что перспективно для разработки эффективных систем доставки лекарственных средств, носителей катализаторов, сорбентов и сенсоров.
Для цитирования:
Зуи Н.В., Цыганков П.Ю., Меньшутина Н.В. Гибридные аэрогели на основе лигнина, полученного из растительного сырья. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 4. С. 75-83. DOI: 10.6060/ivkkt.20236604.6767.
Литература
Brauns F.E. Native Lignin-Its Isolation and Methylation. J. Am. Chem. Soc. 1939. V. 61. N 8. P. 2120-2127. DOI: 10.1021/ja01877a043.
John R.O., Kent K.T. Isolation of lignin. Methods Enzymology. 1988. V. 161. P. 3-12. DOI: 10.1016/0076-6879(88)61003-2.
Sharma S. Lignin - Biosynthesis and Transformation for Industrial Applications. Switzerland AG: Springer Nature. 2020. 304 p. DOI: 10.1007/978-3-030-40663-9.
Becker J., Wittmann C. A field of dreams: Lignin valorization into chemicals, materials, fuels, and healthcare products. Biotechnol Adv. 2019. V. 37. N 6. P. 107360. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2019.02.016.
Calvo-Flores F.G. Encyclopedia of Renewable and Sustainable Materials. UK: Elsevier. 2020. P. 102-118. DOI: 10.1016/B978-0-12-803581-8.11517-6.
Cao L., Yu I.K.M., Liu Y., Ruan X., Tsang D.C.W., Hunt A.J., Ok Y.S., Song H., Zhang S. Lignin valorization for the production of renewable chemicals: State-of-the-art review and future prospects. Bioresour Technol. 2018. V. 269. P. 465-475. DOI: 10.1016/j.biortech.2018.08.065.
Sugiarto S., Leow Y., Tan C.L., Wang G., Kai D. How far is Lignin from being a biomedical material? Bioact Mater. 2022. V. 8. P. 71-94. DOI: 10.1016/j.bioactmat.2021.06.023.
Gheorghita Puscaselu R., Lobiuc A., Dimian M., Covasa M. Alginate: From Food Industry to Biomedical Applications and Management of Metabolic Disorders. Polymers (Basel). 2020. V. 12. N 10. P. 2417-2445. DOI: 10.3390/polym12102417.
Seddiqi H., Oliaei E., Honarkar H., Jin J., Geonzon L.C., Bacabac R.G., Klein-Nulend J. Cellulose and its derivatives: towards biomedical applications. Cellulose. 2021. V. 28. N 4. P. 1893-1931. DOI: 10.1007/s10570-020-03674-w.
Anitha A., Sowmya S., Kumar P.T.S., Deepthi S., Chen-nazhi K.P., Ehrlich H., Tsurkan M., Jayakumar R. Chitin and chitosan in selected biomedical applications. Progr. Polym. Sci. 2014. V. 39. N 9. P. 1644-1667. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2014.02.008.
Hickey R.J., Pelling A.E. Cellulose Biomaterials for Tissue Engineering. Front Bioeng Biotechnol. 2019. V. 7. P. 45-77. DOI: 10.3389/fbioe.2019.00045.
Witzler M., Alzagameem A., Bergs M., Khaldi-Hansen B.E., Klein S.E., Hielscher D., Kamm B., Kreyenschmidt J., Tobiasch E., Schulze M. Lignin-Derived Biomaterials for Drug Release and Tissue Engineering. Molecules. 2018. V. 23. N 8. P. 1885-1907. DOI: 10.3390/molecules23081885.
Vinardell M.P., Mitjans M. Lignins and Their Derivatives with Beneficial Effects on Human Health. Int. J. Mol. Sci. 2017. V. 18. N 6. P. 1219-1234. DOI: 10.3390/ijms18061219.
Liu R., Dai L., Xu C., Wang K., Zheng C., Si C. Lignin-Based Micro- and Nanomaterials and their Composites in Biomedical Applications. ChemSusChem. 2020. V. 13. N 17. P. 4266-4283. DOI: 10.1002/cssc.202000783.
Figueiredo P., Lintinen K., Hirvonen J.T., Kostiainen M.A., Santos H.A. Properties and chemical modifications of lignin: Towards lignin-based nanomaterials for biomedical applications. Progr. Mater. Sci. 2018. V. 93. P. 233-269. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2017.12.001.
Fisher A.B., Fong S.S. Lignin biodegradation and industrial implications. AIMS Bioeng. 2014. V. 1. N 2. P. 92-112. DOI: 10.3934/bioeng.2014.2.92.
Tamilarasan K., Sellamuthu P.S., Gurunathan B. Integration of Lignin Removal from Black Liquor and Biotransformation Process. In: Bioremediation: Applications for Environmental Protection and Management. 2018. P. 77-97. DOI: 10.1007/978-981-10-7485-1_5.
Lora J.H., Glasser W.G. Recent Industrial Applications of Lignin: A Sustainable Alternative to Nonrenewable Materials. J. Polym. Environ. 2002. V. 10. P. 39-48. DOI: 10.1023/A:1021070006895.
Calvo-Flores F.G., Dobado J.A., Isac-Garcia J., Martin-MartiNez F.J. Lignin and Lignans as Renewable Raw Mate-rials: Chemistry, Technology and Applications. John Wiley & Sons. 2015. 521 p. DOI: 10.1002/9781118682784.
Azadi P., Inderwildi O.R., Farnood R., King D.A. Liquid fuels, hydrogen and chemicals from lignin: A critical review. Renew. Sustain. En. Rev. 2013. V. 21. P. 506-523. DOI: 10.1016/j.rser.2012.12.022.
Chen L., Tang C., Ning N., Wang C., Fu Q., Zhang Q. Preparation and properties of chitosan/lignin composite films. Chin. J. Polym. Sci. 2009. V. 27. N 5. P. 739-746. DOI: 10.1142/S0256767909004448.
Su X., Fu Y., Shao Z., Qin M., Li X., Zhang F. Light-colored lignin isolated from poplar by ultrasound-assisted ethanol extraction: Structural features and anti-ultraviolet and anti-oxidation activities. Indust. Crops Products. 2022. V. 176. P. 59-68. DOI: 10.1016/j.indcrop.2021.114359.
Gil-Chávez J., Gurikov P., Hu X., Meyer R., Reynolds W., Smirnova I. Application of novel and technical lignins in food and pharmaceutical industries: structure-function relationship and current challenges. Biomass Convers. Biorefinery. 2019. V. 11. N 6. P. 2387-2403. DOI: 10.1007/s13399-019-00458-6.
Gundupalli M.P., Kajiura H., Ishimizu T., Bhattacharyya D. Alkaline hydrolysis of coconut pith: process optimization, enzymatic saccharification, and nitrobenzene oxidation of Kraft lignin. Biomass Convers. Biorefinery. 2020. V. 12. N 7. P. 2349-2367. DOI: 10.1007/s13399-020-00890-z.
Lovskaya D., Menshutina N., Mochalova M., Nosov A., Grebenyuk A. Chitosan-Based Aerogel Particles as Highly Effective Local Hemostatic Agents. Production Process and In Vivo Evaluations. Polymers (Basel). 2020. V. 12. N 9. P. 2055-2067. DOI: 10.3390/polym12092055.
Lovskaya D., Menshutina N. Alginate-Based Aerogel Particles as Drug Delivery Systems: Investigation of the Supercritical Adsorption and In Vitro Evaluations. Materials (Basel). 2020. V. 13. N 2. P. 329-346. DOI: 10.3390/ma13020329.
Shindryaev A.V., Lebedev A.E., Menshutina N.V. Simulation of a technological scheme in obtaining heat-insulating materials on the basis of aerogels. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 12. P. 87-95. DOI: 10.6060/ivkkt.20226512.6646.
Melro E., Filipe A., Sousa D., Medronho B., Romano A. Revisiting lignin: a tour through its structural features, characterization methods and applications. New J. Chem. 2021. V. 45. N 16. P. 6986-7013. DOI: 10.1039/d0nj06234k.
Faix O. Classification of Lignins from Different Botanical Origins by FT-IR Spectroscopy. Holzforschung. 1991. V. 45. P. 21-27. DOI: 10.1515/hfsg.1991.45.s1.21.
