nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2024-4-181-190nuc-781Research ArticleСтатьиПОЛУЧЕНИЕ НАНОЦЕЛЛЮЛОЗЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ КРАСИТЕЛЕЙPRODUCTION OF NANOCELLULOSE FOR WATER PURIFICATION FROM DYESСеймухановаЛ. Н.SeimukhanovaL. N.

Алматы

Almaty

lauraseimuhanova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1200-2340ЖантикеевУ. Е.ZhantikeyevU. Ye.

Научный сотрудник Лаборатории инженерного профиля 

Алматы

Almaty

nurlybekov_ulan@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5510-7660БексейтоваК. С.BexeitovaK. S.

Алматы

Almaty

bekalsu@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8640-0667КунарбековаМ. С.KunarbekovaM. S.

Алматы

Almaty

vasli6689@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7433-1094РахимоваБ. У.RakhimovaB. U.

Алматы

Almaty

bibaarai1976@gmail.comФазыловБ. Д.FazylovB. D.

Алматы

Almaty

bekzhanfazylov7@mail.ruЗагитоваА. М.ZagitovaA. M.

Алматы

Almaty

aygul.zagirova.77@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5444-0314КудайбергеновК. К.KudaibergenovK. K.

Алматы

Almaty

k.kudaibergenov@satbayev.universityhttps://orcid.org/0000-0002-9705-7438АзатС.AzatS.

Алматы

Almaty

seithan@mail.ruSatbayev UniversityКазахстанSatbayev UniversityKazakhstanЧастная школа им. Шокана УалихановаКазахстанPrivate school named after Shokan UalikhanovKazakhstanСредняя школа им. СатпаеваКазахстанSecondary school named after K.I. SatbayevKazakhstan20243012202404181190Copyright © Сеймуханова Л.Н., Жантикеев У.Е., Бексейтова К.С., Кунарбекова М.С., Рахимова Б.У., Фазылов Б.Д., Загитова А.М., Кудайбергенов К.К., Азат С., 20252025Сеймуханова Л.Н., Жантикеев У.Е., Бексейтова К.С., Кунарбекова М.С., Рахимова Б.У., Фазылов Б.Д., Загитова А.М., Кудайбергенов К.К., Азат С.Seimukhanova L.N., Zhantikeyev U.Y., Bexeitova K.S., Kunarbekova M.S., Rakhimova B.U., Fazylov B.D., Zagitova A.M., Kudaibergenov K.K., Azat S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/781

В условиях нарастающего промышленного загрязнения и недостаточной эффективности традиционных методов очистки сточных вод особенно остро встает вопрос поиска экологически чистых и эффективных сорбентов. Промышленные красители, попадая в водоемы, изменяют их цвет, токсичны и могут представлять серьезную угрозу для здоровья человека и экосистемы. Основная трудность заключается в том, что многие красители устойчивы к биологическому разложению, что усложняет их удаление стандартными методами очистки. Одним из перспективных материалов, способных решить эту проблему, является наноцеллюлоза, которая обладает уникальными свойствами: высокой удельной поверхностью, биосовместимостью и биоразлагаемостью. Полученная из возобновляемых источников, наноцеллюлоза может стать основой для экологически безопасных систем очистки воды. Это исследование направлено на изучение адсорбционных характеристик наноцеллюлозы, синтезированной из микрокристаллической целлюлозы, в отношении двух устойчивых водорастворимых красителей – метиленового синего и бенгальской розы. Результаты показали, что наноцеллюлоза эффективно адсорбирует метиленовый синий, достигая сорбционной емкости 35,87 мг/г, тогда как для бенгальской розы адсорбционная способность составила 26,11 мг/г, что объясняется различием в типах взаимодействий: химической и физической адсорбцией. Методики ИК-спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии подтвердили структурные изменения, произошедшие при синтезе наноцеллюлозы, что положительно сказалось на ее сорбционных характеристиках. Морфологические исследования на оптическом и сканирующем электронном микроскопе также продемонстрировали высокую степень дисперсности и развитую пористую структуру наноцеллюлозы, что является важным для улучшения ее адсорбционных свойств.

In the context of increasing industrial pollution and insufficient efficiency of traditional wastewater treatment methods, the issue of finding environmentally friendly and effective sorbents is particularly acute. Industrial dyes entering reservoirs change their color, are toxic and can pose a serious threat to human health and the ecosystem. The main difficulty lies in the fact that many dyes are resistant to biodegradation, which complicates their removal by standard cleaning methods. One of the promising materials that can solve this problem is nanocellulose, which has unique properties: high specific surface area, biocompatibility and biodegradability. Obtained from renewable sources, nanocellulose can become the basis for environmentally friendly water treatment systems. This study is aimed at studying the adsorption characteristics of nanocellulose synthesized from microcrystalline cellulose in relation to two stable water – soluble dyes – methylene blue and bengal rose. The results showed that nanocellulose effectively adsorbs methylene blue, reaching a sorption capacity of 35.87 mg/g, whereas for Bengal rose the adsorption capacity was 26.11 mg/g, which is explained by the difference in the types of interactions: chemical and physical adsorption. The methods of IR spectroscopy and X-ray diffractometry confirmed the structural changes that occurred during the synthesis of nanocellulose, which had a positive effect on its sorption characteristics. Morphological studies using optical and scanning electron microscopes have also demonstrated a high degree of dispersion and a developed porous structure of nanocellulose, which is important for improving its adsorption properties.

наноцеллюлозаадсорбцияочистка водыпромышленные красителиметиленовый синийбенгальская розабиоразлагаемые сорбентыэкологическая безопасностьводоочисткаnanocelluloseadsorptionwater purificationindustrial dyesmethylene blueBengal rosebiodegradable sorbentsenvironmental safetywater treatmentИсследование проведено при финансовой поддержке Комитета науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (грант № BR27199301).ReferencesMomina, M., Shahadat, M., & Isamil, S. (2018). Regeneration performance of clay-based adsorbents for the removal of industrial dyes: a review // RSC Advances. – 2018. – Vol. 8(43). – P. 24571–24587. https://doi.org/10.1039/c8ra04290jMomina, M., Shahadat, M., & Isamil, S. (2018). Regeneration performance of clay-based adsorbents for the removal of industrial dyes: a review // RSC Advances. – 2018. – Vol. 8(43). – P. 24571–24587. https://doi.org/10.1039/c8ra04290jPeriyasamy, A. P. (2024). Recent advances in the remediation of Textile-Dye-Containing wastewater: prioritizing human health and sustainable wastewater treatment // Sustainability. – 2024. – Vol. 16(2), – P. 495. https://doi.org/10.3390/su16020495Periyasamy, A. P. (2024). Recent advances in the remediation of Textile-Dye-Containing wastewater: prioritizing human health and sustainable wastewater treatment // Sustainability. – 2024. – Vol. 16(2), – P. 495. https://doi.org/10.3390/su16020495Alsukaibi, A. K. D. (2022). Various approaches for the detoxification of toxic dyes in wastewater // Processes. – 2022. – Vol. 10(10). – P. 1968. https://doi.org/10.3390/pr10101968Alsukaibi, A. K. D. (2022). Various approaches for the detoxification of toxic dyes in wastewater // Processes. – 2022. – Vol. 10(10). – P. 1968. https://doi.org/10.3390/pr10101968Arora, S. Textile Dyes: It’s Impact on Environment and its Treatment // Journal of Bioremediation & Biodegradation. – 2014. – Vol. 05(03). https://doi.org/10.4172/2155-6199.1000e146Arora, S. Textile Dyes: It’s Impact on Environment and its Treatment // Journal of Bioremediation & Biodegradation. – 2014. – Vol. 05(03). https://doi.org/10.4172/2155-6199.1000e146Varghese, A. G., Paul, S. A., & Latha, M. S. Cellulose Based Green Adsorbents for Pollutant Removal from Wastewater // Environmental chemistry for a sustainable world. – 2018. – P. 127–157. https://doi.org/10.1007/978-3-319-92162-4_4Varghese, A. G., Paul, S. A., & Latha, M. S. Cellulose Based Green Adsorbents for Pollutant Removal from Wastewater // Environmental chemistry for a sustainable world. – 2018. – P. 127–157. https://doi.org/10.1007/978-3-319-92162-4_4Kolya, H., & Kang, C. Next-Generation water Treatment: Exploring the potential of Biopolymer-Based nanocomposites in adsorption and membrane filtration // Polymers. – 2023. – Vol. 15(16). – P. 3421. https://doi.org/10.3390/polym15163421Kolya, H., & Kang, C. Next-Generation water Treatment: Exploring the potential of Biopolymer-Based nanocomposites in adsorption and membrane filtration // Polymers. – 2023. – Vol. 15(16). – P. 3421. https://doi.org/10.3390/polym15163421Voisin, H., Bergström, L., Liu, P., & Mathew, A. Nanocellulose-Based materials for water purification // Nanomaterials. – 2017. – Vol. 7(3). – P. 57. https://doi.org/10.3390/nano7030057Voisin, H., Bergström, L., Liu, P., & Mathew, A. Nanocellulose-Based materials for water purification // Nanomaterials. – 2017. – Vol. 7(3). – P. 57. https://doi.org/10.3390/nano7030057Salama, A., Abouzeid, R., Leong, W. S., Jeevanandam, J., Samyn, P., Dufresne, A., Bechelany, M., & Barhoum, A. Nanocellulose-Based materials for water treatment: adsorption, photocatalytic degradation, disinfection, antifouling, and nanofiltration // Nanomaterials. – 2021. – Vol. 11(11). – P. 3008. https://doi.org/10.3390/nano11113008Salama, A., Abouzeid, R., Leong, W. S., Jeevanandam, J., Samyn, P., Dufresne, A., Bechelany, M., & Barhoum, A. Nanocellulose-Based materials for water treatment: adsorption, photocatalytic degradation, disinfection, antifouling, and nanofiltration // Nanomaterials. – 2021. – Vol. 11(11). – P. 3008. https://doi.org/10.3390/nano11113008Michelin, M., Gomes, D. G., Romaní, A., De Lourdes T M Polizeli, M., & Teixeira, J. A. Nanocellulose production: Exploring the enzymatic route and residues of pulp and paper industry // Molecules. – 2020. – Vol. 25(15), – P. 3411. https://doi.org/10.3390/molecules25153411Michelin, M., Gomes, D. G., Romaní, A., De Lourdes T M Polizeli, M., & Teixeira, J. A. Nanocellulose production: Exploring the enzymatic route and residues of pulp and paper industry // Molecules. – 2020. – Vol. 25(15), – P. 3411. https://doi.org/10.3390/molecules25153411Thakur, V., Guleria, A., Kumar, S., Sharma, S., & Singh, K. Recent advances in nanocellulose processing, functionalization and applications: a review // Materials Advances. – 2021. – 2(6). – P. 1872–1895. https://doi.org/10.1039/d1ma00049gThakur, V., Guleria, A., Kumar, S., Sharma, S., & Singh, K. Recent advances in nanocellulose processing, functionalization and applications: a review // Materials Advances. – 2021. – 2(6). – P. 1872–1895. https://doi.org/10.1039/d1ma00049gNorrrahim, M. N. F., Kasim, N. a. M., Knight, V. F., Misenan, M. S. M., Janudin, N., Shah, N. a. A., Kasim, N., Yusoff, W. Y. W., Noor, S. a. M., Jamal, S. H., Ong, K. K., & Yunus, W. M. Z. W. Nanocellulose: a bioadsorbent for chemical contaminant remediation // RSC Advances. – 2021. – Vol. 11(13). – P. 7347–7368. https://doi.org/10.1039/d0ra08005eNorrrahim, M. N. F., Kasim, N. a. M., Knight, V. F., Misenan, M. S. M., Janudin, N., Shah, N. a. A., Kasim, N., Yusoff, W. Y. W., Noor, S. a. M., Jamal, S. H., Ong, K. K., & Yunus, W. M. Z. W. Nanocellulose: a bioadsorbent for chemical contaminant remediation // RSC Advances. – 2021. – Vol. 11(13). – P. 7347–7368. https://doi.org/10.1039/d0ra08005e

The authors declare that there are no conflicts of interest present.