АДСОРБЦИЯ β-КАРОТИНА ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЛА НА ПИЛЛАРНЫХ МОДИФИКАЦИЯХ МОНТМОРИЛЛОНИТА
Аннотация
В работе исследуется эффективность адсорбционной рафинации растительного масла, оцениваемой по адсорбции β-каротина, с использованием различных форм синтезированного пилларного монтмориллонита (PMM), получаемых интеркаляцией крупноразмерных гидроксокомплексов [Аl13О4(ОН)24(Н2О)12]7+, [Al30O8(OH)56(H2O)24]18+, а также комплексов – продуктов согидролиза алюминия и церия. Пилларинг рассматривается как альтернатива кислотной активации монтмориллонита для отбеливания масла. Периодическая столбчатая структура PMM обеспечивает развитую удельная поверхность и регулярное распределение мезопор, а также наличие активных центров различной природы. С использованием метода адсорбции-десорбции азота измерены текстурные характеристики исходного монтмориллонита и его пилларных модификаций. Особенностью текстуры Al30-PMM является максимальный объем порового пространства (0,173 см3/г), а Al/Ce-PMM – максимальная величина удельной площади поверхности (154 м²/г) и минимальный средний диаметр пор (5,6 нм). С использованием метода фотометрии получены кинетические кривые адсорбции β-каротина при температурах 20, 40, 60 и 90 °С при дозировке 1 г адсорбента на 20 мл масла. Установлено, что для всех температур наблюдается тенденция повышения сорбционной способности в ряду: монтмориллонит (MM), Al13-PMM, Al30-PMM, Al/Ce-PMM, что коррелирует с увеличением в данном ряду величины удельной площади поверхности адсорбента. Повышение температуры от 20 до 90 °C приводит к повышению эффективности осветления до 20%. Кинетика сорбционного процесса описана кинетическими моделями псевдо-первого и псевдо-второго порядка. Из температурных зависимостей констант равновесия получены энтальпии адсорбции β-каротина, монотонно увеличивающиеся в ряду MM, Al13-PMM, Al30-PMM, Al|/Ce-PMM. Их величины (5,6-22,3 кДж моль-1) свидетельствуют о физической природе адсорбции.
Для цитирования:
Бутман М.Ф., Овчинников Н.Л., Яшин Д.В. Адсорбция β-каротина из растительного масла на пилларных модификациях монтмориллонита. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 4. С. 33-40. DOI: 10.6060/ivkkt.20256804.7119.
Литература
Shmidt A.A. Theoretical foundations of vegetable oil refining. M.: Pishchepromizdat. 1960. 399 p. (in Rus-sian).
Arutyunyan N.S., Kornena E.P., Nesterova E.A. Refining of oils and fats. SPb.: GIORD. 2004. 288 p. (in Rus-sian).
Britton G. Biochemistry of natural pigments. M.: Mir. 1986. 422 p. (in Russian).
Nilova L.P., Potoroko I.Yu. Carotenoids in plant food systems. Vestn. YuUrGU. Ser. Pisch. Biotekhnol. 2021. V. 9. N 4. P. 54-69 (in Russian).
Christidis G.E., Kosiari S. Decolorization of Vegetable Oils: A Study of the Mechanism of Adsorption of β-Carotene by an Acid-Activated Bentonite from Cyprus. Clays Clay Miner. 2003. V. 51. N 3. P. 327-333. DOI: 10.1346/CCMN.2003.0510309.
Sabah E., Çinar M., Çelik M.S. Decolorization of vege-table oils: Adsorption mechanism of β-carotene on acid-activated sepiolite. Food Chem. 2007. V. 100. N 4. P. 1661-1668. DOI: 10.1016/j.foodchem.2005.12.052.
Makhoukhi B., Didi M.A., Villemin D., Azzouz. A. Acid activation of Bentonite for use as a vegetable oil bleach-ing agent. Grasas Y Aceites. 2010. V. 60. N 4. P. 343-349. DOI: 10.3989/gya.108408.
Bergaya F., Aouad A., Mandalia T. Pillared Clays and Clay Minerals. In: Developments in Clay Science. Else-vier. 2006. V. 1. P. 393-421. DOI: 10.1016/S1572-4352(05)01012-3.
Vicente M.A., Gil A., Bergaya F. Pillared Clays and Clay Minerals. In: Developments in Clay Science. Else-vier. 2013. V. 5. P. 523-557. DOI: 10.1016/B978-0-08-098258-8.00017.
Molina C.B., Casas J.A., Pizarro A.H., Rodriguez J.J. Pillared clays as green chemistry catalysts: Application to wastewater treatment. In: Clays: Types, Properties and Uses. Ed. by J.P. Humphrey, D.E. Boyd. NY, USA: Nova Sci. Publ., Inc. 2011. P. 435-474.
Lomić G.A., Kiš E.E., Dimić E.B., Romanić R.S. Investigation of activated Al-pillared clay efficiency in vegeta-ble oil purification. Acta Period. Technol. 2004. V. 35. P. 31-36. DOI: 10.2298/APT0435031L.
Nga J., Avom J., Tonga Limbe J., Ndinteh D., Assonfack H.L., Kede C.M. Kinetics and Thermodynamics of β-Carotene Adsorption onto Acid-Activated Clays Modified by Zero Valent Iron. J. Chem. 2022. V. 2022. P. 6505556. DOI: 10.1155/2022/6505556.
Novitasari S., Sriatun S., Taslimah T. Aluminum Pillared Clay (Al-PILC) for Adsorption of Dyes in Red Fruit Oil. J. Kim. Sains Apl. 2021.V. 24. N 1. P. 9-14. DOI: 10.14710/jksa.24.1.9-14.
Caglayan M.O., Kafa S. Yigit N. Al-Pillared clay for cottonseed oil bleaching: An optimization study. J. Amer. Oil Chem. Soc. 2005. V.82. P. 599-602. DOI: 10.1007/s11746-005-1115-0.
Falaras P., Lezou F., Seiragakis G., Petrakis D. Bleaching Properties of Alumina-Pillared Acid-Activated Mont-morillonite. Clays Clay Miner. 2000. V. 48. P. 549-556. DOI: 10.1346/CCMN.2000.0480507.
Butman M.F., Belozerov A.G., Karasev N.S., Ovchinnikov N.L., Kochkina N.E., Khodov I.A. Structural and textural properties of pillared montmorillonite at intercalation of large Al-and Al/Ce-polyhydroxocomplexes. Nano-technol. Russia. 2015. V. 10. N 9-10. P. 706-712. DOI: 10.1134/S1995078015050031.
Allouche L., Gerardin C., Loiseau T., Férey G., Taulelle F. Al30: a giant aluminum polycation. Angew. Chem. 2000. V. 112. N 3. P. 521-524. DOI: 10.1002/(SICI)1521-3757(20000204)112:3<521::AID-ANGE521>3.0.CO;2-6.
Butman M.F., Ovchinnikov N.L., Kosenko N.F., Filatova N.V., Pogonin A.E. Obtaining, properties, and pro-spects for use of Al30-pillared montmorillonite. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 159-172 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6833j.
Dmitrieva E.D., Goryacheva A.A., Ovchinnikov N.L., Butman M.F. Evaluation of detoxifying ability of or-ganomineral complexes based on humic acids and Al30-pillared montmorillonite in relation to oil in water. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 4. P. 117-123. DOI: 10.6060/ivkkt.20236604.6753.
Zhu J., Wen K., Zhang P., Wang Y., Ma L., Xi Y., Zhu R., Liu H., He H. Keggin-Al30 pillared montmorillonite. Microporous Mesoporous Mater. 2017. V. 242. P. 256-263. DOI: 10.1016/j.micromeso.2017.01.039.
Zhu J., Wen K., Zhang P., Wang Y., Ma L., Su Y., Zhu R., Xi Y., He H. Superior thermal stability of Keggin-Al30 pillared montmorillonite: A comparative study with Keggin-Al13 pillared montmorillonite. Microporous Mesopo-rous Mater. 2018. V. 265. P. 104-111. DOI: 10.1016/j.micromeso.2018.02.007.
Wen K., Zhu J., Chen H., Ma L., Liu H., Zhu R., He H. Arrangement models of Keggin-Al30 and Keggin-Al13 in the interlayer of montmorillonite and the impacts of pillaring on surface acidity: A comparative study on catalyt-ic oxidation of toluene. Langmuir. 2018. V.35. N 2. P. 382-390. DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b03447.
Wen K., Wei J., He H., Zhu J., Xi Y. Keggin-Al30: An intercalant for Keggin-Al30 pillared montmorillonite. Appl. Clay Sci. 2019. V. 180. P. 105203. DOI: 10.1016/j.clay.2019.105203.
Nasedkin V.V. Dash-Salakhli bentonite deposit (formation and prospects of development). М.: GEOS. 2008. 85 p. (in Russian).
Gil A., Korili S.A., Vicente M.A. Recent advances in the control and characterization of the porous structure of pil-lared clay catalysts. Cat. Rev. Sci. Eng. 2008. V. 50. N 2. P. 153-221. DOI: 10.1080/01614940802019383.
Valverde J.L., Cañizares P., Kou M.S., Molina C.B. Enhanced thermal stability of Al-pillared smectites modified with Ce and La. Clays Clay Miner. 2000. V. 48. N 4. P. 424-432. DOI: 10.1346/CCMN.2000.0480402.
Kurdyukov E.E., Semenova E.F., Moiseeva I.YA., Gavrilova N.A., Ponomareva T.A. Quantitative determination of the amount of carotenoids in the fruits of Chinese wolfberry Lycium chinense Mill. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya. 2020. N 3. P. 139-144 (in Russian). DOI: 10.14258/jcprm.2020036609.
Lagergren S. About the Theory of So-Called Adsorption of Soluble Substances. Kungliga Svenska Vetenskap-sakademiens Handlingar. 1898. V. 24. P. 1-39.
Ho Y.S., McKay G. The kinetics of sorption of basic dyes from aqueous solution by sphagnum moss peat. Can. J. Chem. Eng. 1998. V. 76. N 4. P. 822-827. DOI: 10.1002/cjce.5450760419.
Mukasa-Tebandeke I.Z., Ssebuwufu P.J.M., Nyanzi S.A., Nyakairu G.W., Ntale M., Lugolobi F., Schumann A. Adsorption behavior of acidleached clays in bleaching of oil. Am. J. Anal. Chem. 2015. V. 6. N 6. P. 495-512. DOI: 10.4236/ajac.2015.66049.
Usman M.A., Oribayo O., Adebayo A.A. Bleaching of palm oil by activated local bentonite and kaolin clay from Afashio, Edo-Nigeria. Chem. Proc. Eng. Res. 2013. V. 10. N 2008. P. 1-12.
