ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА, КАОЛИНА И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ

Обложка
  • Авторы: Дабижа О.Н.1,2, Бондаревич Е.А.3, Иванькова Е.М.4, Хамова Т.В.1, Шилова О.А.1,5
  • Учреждения:
    1. Филиал Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт» – Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова
    2. Забайкальский государственный университет
    3. Читинская государственная медицинская академия
    4. Филиал Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт» – Институт высокомолекулярных соединений
    5. Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ»
  • Выпуск: Том 87, № 5 (2025)
  • Страницы: 489–505
  • Раздел: Статьи
  • Статья получена: 02.12.2025
  • Статья опубликована: 15.09.2025
  • URL: https://journals.rcsi.science/0023-2912/article/view/355492
  • DOI: https://doi.org/10.7868/S3034543X25050026
  • ID: 355492

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Для целенаправленного изменения структуры каолина и повышения его сорбционной емкости был использован экспресс-метод сухой механизации без растворителя путем тонкого измельчения на воздухе в течение 3 и 6 мин в мельнице (0.94 кВт; 26 000 об · мин−1). В том же процессе каолин был модифицирован гидролизным лигнином для гидрофобизации и улучшения его сорбционных свойств. Методами электронной микроскопии, рентгеновской дифракции, инфракрасной спектроскопии, низкотемпературной адсорбции азота, УФ-абсорбционной спектроскопии изучено влияние механической активации на структуру и свойства каолина, гидролизного лигнина и композитов на их основе с различными соотношениями компонентов. Плотная структура каолинита была сохранена, водородные связи в гидролизном лигнине были разрушены, количество карбонильных групп увеличилось, а фрагменты природного полимера были привиты к каолиниту. Было обнаружено, что в композитах образуется агрегационно-агломерационная микроструктура. Каолин, а также композит каолина и гидролизного лигнина с массовым соотношением 10 : 1, обработанные дозой механической энергии 0.83 кДж · г−1, продемонстрировали значительные изменения в структуре и достаточно высокие сорбционные характеристики. Удельная поверхность этих сорбентов по Брунауэру-Эмметту-Теллеру составила ~ 16 м2 · г−1, адсорбция бычьего сывороточного альбумина — 83.63 и 44.10 мг · г−1 соответственно. Таким образом, сухая механическая активация на воздухе в «мягких» условиях позволила увеличить сорбцию бычьего сывороточного альбумина каолином на 104%.

Об авторах

О. Н. Дабижа

Филиал Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт» – Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова; Забайкальский государственный университет

Email: dabiga75@mail.ru
Санкт-Петербург, Россия; Чита, Россия

Е. А. Бондаревич

Читинская государственная медицинская академия

Чита, Россия

Е. М. Иванькова

Филиал Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт» – Институт высокомолекулярных соединений

Санкт-Петербург, Россия

Т. В. Хамова

Филиал Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт» – Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова

Санкт-Петербург, Россия

О. А. Шилова

Филиал Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт» – Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова; Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ»

Санкт-Петербург, Россия; Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

  1. Ogbu I.C., Akpomie K.G., Osunkunle A.A., Eze S.I. Sawdust-kaolinite composite as efficient sorbent for heavy metal ions // Bangladesh J. Sci. Ind. Res. 2019. V. 54. № 1. P. 99–110. https://doi.org/10.3329/bjsir.v54i1.40736
  2.  Alkizwini R.S. The use of an organo-kaolinite sorbent in a permeable reactive barrier for remediating groundwater contaminated with methylene blue dye experimental and theoretical investigation // Environ. Process. 2021. V. 8. P. 889–910. https://doi.org/10.1007/s40710-021-00515-1
  3.  Tishin A.N., Krut U.A., Tishina O.M., Beskhmelnitsyna E.A., Yakushev V.I. Physico-chemical properties of montmorillonite clays and their application in clinical practice (review) // Research result: pharmacology and clinical pharmacology. 2017. V. 3. № 2. P. 119–128. https://doi.org/10.18413/2313-8971-2017-3-2-119-128
  4.  Каспржицкий А.С., Лазоренко, Г.И., Кругликов, А.А., Явна В.А., Анизотропия поверхностных свойств каолинита и ее роль при адсорбции молекул воды // Коллоид. журн. 2023. Т. 85. № 2. С. 167–178. https://doi.org/10.31857/S0023291222600596
  5.  Тарасевич Ю.И., Поляков В.Е., Трифонова М.Ю, Микрокалориметрическое исследование взаимодействия воды с поверхностью каолинита, модифицированного полигексаметиленгуанидином // Коллоидный журнал. 2013. Т. 75. № 1. С. 117–120. https://doi.org/10.7868/S0023291213010102
  6.  Golovkova L.P., Markitan O.V. Adsorption of pharmaceuticals by the hydrolysis lignin surface // Chem. Phys. Technol. Surf. 2024. V. 15. № 2. P. 301–310. https://doi.org/10.15407/hftp15.02.301
  7.  Evstigneyev E.I., Zakusilo D.N., Ryabukhin D., Vasilyev A.V. Recent advances in lignins: fundamentals and application // Russ. Chem. Rev. 2023. V. 92. № 8. P. RCR5082. https://doi.org/10.59761/RCR5082
  8.  Kanmaz N., Buğdaycı M., Demirçivi P. Solvent-free mechanochemical synthesis of TiO2-ethyl cellulose biocomposite for adsorption of tetracycline and organic dyes // J. Mol. Liq. 2023. V. 378. P. 121643. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2023.121643
  9.  Juhász A.Z. Aspects of mechanochemical activation in terms of comminution theory // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 1998. V. 141. № 3. P. 449–462. https://doi.org/10.1016/S0927-7757(98)00245-3
  10.  Filatova N.V., Kosenko N.F., Badanov M.A. The effect of the mode of heat treatment and mechanoactivation of kaolinite on mullite formation // Tech. Phys. Lett. 2023. V. 25. № 1. P. 81–85. https://doi.org/10.1134/S1063785023700025
  11.  Mañosa J., Calvo-de la Rosa J., Silvello A., Maldonado-Alameda A., Chimenos J.M. Kaolinite structural modifications induced by mechanical activation // Appl. Clay Sci. 2023. V. 238. P. 106918. https://doi.org/10.1016/j.clay.2023.106918
  12.  AlShamaileh E., Alrbaihat M., Moosa I., Abu-Afifeh Q., Al-Fayyad H., Hamadneh I., Al-Rawajfeh A. Mechanochemical preparation of a novel slow-release fertilizer based on K2SO4-kaolinite // Agronomy. 2022. V. 12. № 12. P. 3016. https://doi.org/10.3390/agronomy12123016
  13.  Mako E., Õzе C., The effects of silica fume and diatomaceous earth on the mechanochemical activation and pozzolanic activity of kaolin // Appl. Clay Sci. 2022. V. 228. P. 106636. https://doi.org/10.1016/j.clay.2022.106636
  14.  Machida S., Katsumata K., Yasumori A. Effect of particle size of calcite on the stacking order of kaolinite during mechanical grinding // Int. J. Ceramic. Eng. Sci. 2023. V. 5. № 1. P. e10165. https://doi.org/10.1002/ces2.10165
  15.  Carmody O., Kristóf J., Frost R.L., Makó É., Kloprogge J.T., Kokot S. A spectroscopic study of mechanochemically activated kaolinite with the aid of chemometrics // J. Colloid. Interface Sci. 2005. V. 287. № 1. P. 43–56. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.01.060
  16.  Neji A.B., Jridi M., kchaou Hela, Nasri M., Sahnoun R.D. Preparation, characterization, mechanical and barrier properties investigation of chitosan-kaolinite nanocomposite // Polym. Test. 2020. V. 84. P. 106380. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2020.106380
  17.  Zhao X., Zhang Y., Hu H., Huang Z., Yang M., Chen D., Huang K., Huang A., Qin X., Feng Z. Effect of mechanical activation on structure changes and reactivity in further chemical modification of lignin // Int. J. Biol. Macromol. 2016. V. 91. P. 1081–1089. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.06.074
  18.  Chistyakov A.V., Tsodikov M.V. Methods for preparing carbon sorbents from lignin (Review) // Russ. J. Appl. Chem. 2018. V. 91. P. 1090–1105. https://doi.org/10.1134/S1070427218070054
  19.  Latypova D.R., Badamshin A.G., Kuleshov S.P., Timashev E.O., Kulnitskiy B.A., Tomilov Yu.V., Nifantiev N.E., Dokichev V.A. New high-efficiency carbon-silica sorbent // Russ. J. Appl. Chem. 2015. V. 88. № 9. P. 1428−1433. https://doi.org/10.1134/S1070427215090074
  20.  Kozhevnikov A.Yu., Semushina M.P., Podrukhina E.A., Kosyakov D.S. Modification of hydrolysis lignin by hydrogen peroxide to obtain an effective adsorbent of highly toxic rocket fuel // Eurasian Chem-Technol. J. 2017. V. 19. № 2. P. 155–161. https://doi.org/10.18321/ectj646
  21.  Sudakova I.G., Levdansky A.V., Kuznetsov B.N. Methods of chemical and thermochemical processing of hydrolytic lignin // J. Sib. Fed. Univ. Chem. 2021. V. 14. № 2. P. 263–275. https://doi.org/10.17516/1998-2836-0236
  22.  Samonina V.V., Khrylova E.D., Spiridonova E.A., Podvyaznikov M.L. Porous structure and krypton sorption capacity of carbon sorbents prepared from a composite of hydrolytic lignin and phenol-lignin-formaldehyde // Russ. J. Phys. Chem. 2022. V. 96. P. 391–396. https://doi.org/10.1134/S0036024422020236
  23.  Bogdanovich N., Arkhilin M., Menshina A., Kuznetsova L., Kanarskii A., Voropaeva N., Figovsky O. Magneto susceptible adsorbents obtained by thermochemical activation of hydrolytic lignin with iron (III) hydroxide // Chem. Chem. Technol. 2017. V. 11. № 2. P. 209–213. https://doi.org/10.23939/chcht11.02.209
  24.  Sverdlova N.I., Vinogradova L.E., Shtyagina L.M., Sazanov Yu.N. Receiving the composite fibrous sorbents based on hydrolytic lignin and polyacrylonitrile // Fiber. Chem. 2018. V. 50. № 2. P. 206–208. https://doi.org/10.1007/s10692-018-9961-8
  25.  Nikolenko Yu., Tsvetnikov A., Ustinov A., Silant’ev V., Kuryavyi V., Ziatdinov A. Hydrolytic lignin: It's activated and fluorinated forms // Key Eng. Mater. 2019. V. 806. P. 100–105. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.806.100
  26.  T syganova S.I., Fetisova Yu.O., Velikanov D.A., Taran O.P. Structural, magnetic and electrochemical characteristics of Ni/C composites fabricated from modified hydrolytic lignin // Mater. Lett. 2023. V. 352. P. 135120. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2023.135120
  27.  Mucha M., Maršálek R., Bukáčková M., Zelenková G. Interaction among clays and bovine serum albumin // RSC Adv. 2020. V. 10. № 72. P. 43927–43939. https://doi.org/10.1039/d0ra01430c
  28.  Dabizha O.N., Khamova T.V., Shilova O.A. Mechanochemical modification of zeolite rocks with polyvinyl alcohol for increasing their oil sorption capacity // Inorg. Mater. 2022. V. 58. № 12. P. 1335–1347. https://doi.org/10.1134/S0020168522120068
  29.  Bondarevich E.A., Dabizha O.N. Adsorption activity of polyphepan-kaolin mechanocomposites towards inorganic ions // Chem. Plant Raw Mater. 2024. V. 4. P. 416–426. https://doi.org/10.14258/jcprm.20240414043 (in Russian)
  30.  Audu I.G., Ziegler-Devin I., Winter H., Bremer M., Hoffmann A., Fischer S., Laborie M-P., Brosse N. Impact of ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate mediated extraction on lignin features // Green Sustainable Chem. 2017. V. 7. № 2. P. 114–140. https://doi.org/10.4236/gsc.2017.72010
  31.  Vaculíková L., Plevová E., Vallová S., Koutník I. Characterization and differentiation of kaolinites from selected Czech deposits using infrared spectroscopy and differential thermal analysis // Acta Geodyn. Geomater. 2011.  V. 8. № 1. P. 59–67.
  32.  Hinckley D.N. Variability in “crystallinity” values among the kaolin deposits of the coastal plain of Georgia and South Carolina // Clays Clay Miner. 1962. V. 11. P. 229–235. https://doi.org/10.1346/CCMN.1962.0110122
  33.  Кhoirunnisa W., Nur M.I., Widyarti S., Permana S., Sumitro S.B. Physiologic glycated-bovine serum albumin determination using spectrum-UV // J. Phys. Conf. Series. 2019. 1241. P. 012003. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1241/1/012003
  34.  N’Guessan N.E., Joussein E., Courtin-Nomade A., Paineau E., Soubrand M., Grauby O., Robin V., Cristina C.D., Vantelon D., Launois P., Fondan`eche P., Rossignol S. Texier-Mandoki N., Bourbon X. Role of cations on the dissolution mechanism of kaolinite in high alkaline media // Appl. Clay Sci. 2021. 205. P. 106037. https://doi.org/10.1016/j.clay.2021.106037
  35.  Liang X., Li Q., Fang Y. Preparation and characterization of modified kaolin by a mechanochemical method// Materials. 2023. V. 16. № 8. P. 3099. https://doi.org/10.3390/ma16083099
  36.  Kwon S., Hwang H., Lee Y. Effect of pressure treatment on the specific surface area in kaolin group minerals // Crystals. 2019. V. 9. № 10. P. 528. https://doi.org/10.3390/cryst9100528
  37.  Long J., Xu Y., Wang T., Shu R., Zhang Q., Zhang X., Fu J., Ma L. Hydrothermal depolymerization of lignin: understanding the structural evolution // BioResources. 2014. V. 9. № 4. P. 7162–7175. https://doi.org/10.15376/biores.9.4.7162-7175
  38.  Sachan A., Penumadu D. Identification of microfabric of kaolinite clay mineral using X-ray diffraction technique // Geotech. Geol. Eng. 2007. V. 25. P. 603–616. https://doi.org/10.1007/s10706-007-9133-8
  39.  Saber M., Hamdaoui L.E., Moussaouiti M.E., Tabyaoui M. Extraction and characterization of lignin from moroccan thuya. Its application as adsorbent of methylene blue from aqueous solution // Cellulose Chem. Technol. 2022. V. 56. № 1–2. P. 69–81. https://doi.org/10.35812/CelluloseChemTechnol.2022.56.06
  40.  Mihajlović S.R., Vlahović M.M., Vušović N.M,. Đorđević N.G., Jovanović M.N. Effect оf delamination оn physico-chemical properties оf kaolin // Sci. Sinter. 2021. V. 53. № 2. P. 253–266. https://doi.org/10.2298/SOS2102253M
  41.  Leonel E.C., Nassar E.J., Ciuffi K.J., dos Reis M.J., Calef P.S. Effect of high-energy ball milling in the structural and textural properties of kaolinite // Cerâmica. 2014. V. 60. № 354. P. 267–272. https://doi.org/10.1590/S0366-69132014000200016
  42.  Hergert H.L. Infrared spectra of lignin and related compounds. II. Conifer lignin and model compounds1, 2 // J. Org. Chem. 1960. V. 25. № 3. P. 405–413. https://doi.org/10.1021/jo01073a026
  43.  Po H., Savitskaya T., Reznikov I., Hrynshpan D., Tsygankova N., Telysheva G., Arshanitsa A. Hydrolysis lignin as a sorbent and basis for solid composite biofuel // Adv. Biosci. Biotechnol. 2016. V. 7. № 11. P. 501–530. http://dx.doi.org/10.4236/abb.2016.711046
  44.  Adler E. Lignin chemistry – past, present and future // Wood Sci. Technol. 1977. V. 11. № 3. P. 169–218. https://doi.org/10.1007/bf00365615
  45.  Sui W., Pang T., Wang G., Liu C., Parvez A.M., Si C., Li C. Stepwise ethanol-water fractionation of enzymatic hydrolysis lignin to improve its performance as a cationic dye adsorbent // Molecules. 2020. V. 25. № 11. P. 2603. https://doi.org/10.3390/molecules25112603
  46.  Yan C., Cheng T., Shang J. Effect of bovine serum albumin on stability and transport of kaolinite colloid // Water Research. 2019. V. 155. P. 204–213. https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.02.022
  47.  Zahedifar M., Castro F., Ørskov E. Effect of hydrolytic lignin on formation of protein–lignin complexes and protein degradation by rumen microbes // Anim. Feed. Sci. Technol. 2002. V. 95. № 1–2. P. 83–92. https://doi.org/10.1016/s0377-8401(01)00305-4

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».