Для цитирования:
Смирнов А. К., Сиськова Е. Р., Шиповская А. Б. Влияние архитектуры трёхмерной сетки графт-сополимера ксантана с акриламидом на его сорбционные свойства вмодельных средах различной химической природы // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2026. Т. 26, вып. 2. С. 148-158. DOI: 10.18500/1816-9775-2026-26-2-148-158, EDN: CMHZQH
Влияние архитектуры трёхмерной сетки графт-сополимера ксантана с акриламидом на его сорбционные свойства вмодельных средах различной химической природы
Графт-сополимеры на основе природных полисахаридов являются перспективными материалами для создания биоразлагаемых сорбентов с регулируемым комплексом свойств. В работе методом радикальной микроволновой полимеризации синтезированы девять образцов водонабухающего графт-сополимера ксантана с акриламидом. Исследовано влияние стадии введения (инициирование, рост или обрыв цепи) сшивающего агента и массового соотношения компонентов химической реакции, определяющих архитектуру полимерной сетки, на сорбционные характеристики полученного материала. Установлено, что сорбционная способность графт-сополимера в воде (pH 7) и водно-солевой среде (20% NaCl, I = 3.4 М, pH 7) достигает 15.0 г/г, что превышает водопоглощающую способность описанных в литературе ксантан-содержащих сорбентов. Сорбционная способность в 0.1 мМ HCl (I = 0.1 мМ, pH 4) и 0.1 мМ NaOH (I = 0.1 мМ, pH 10) снижается до 10.3 г/г, но по сравнению с аналогичными сорбентами остаётся достаточно высокой. Степень сорбции водной фазы коррелируетс архитектурой пространственной сетки: максимальное водопоглощение характерно для образцов с высокой долей полиакриламида, синтезированных при введении сшивающего агента на стадиях роста или обрыва цепи. На процесс водопоглощения в кислой и щелочной средах дополнительное влияние оказывают конформационные изменения ксантановой матрицы, гидролиз полиакриламидных ветвей, а также расположение, количество и плотность сшивок макроцепей. При этом сорбционные свойства материала сохраняются в условиях повторяющихся циклов набухание–сушка. Обнаружено также, что синтезированные образцы графт-сополимера проявляют способность селективного извлечения водной фазы из водонефтяной эмульсии. В модельном эксперименте с использованием почвогрунта и тест-растений выявлена влагоудерживающая способность и нетоксичность исследованного графт-сополимера. Совокупность полученных результатов позволяет рассматривать синтезированный графт-сополимер ксантана с акриламидом в качестве перспективного экологически безопасного сорбционного материала для очистки природных и технических вод, извлечения воды из специфических водоэмульсионных сред, влагоудерживающих агентов для сельского хозяйства и агробиотехнологий.
- Zhang Y., Chen L., Wang H., Li J. Biodegradable superabsorbent hydrogels for soil moisture management // Carbohydrate Polymers. 2022. Vol. 292. Art. 119693. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119693
- Данилова Т. Н., Табынбаева Л. К., Кененбаев С. Б., Бойко В. С. Роль абсорбента AQUASORB в улучшении водоудерживающей способности почв // Агрофизика. 2018. Т. 2. С. 1–8. https://doi.org/10.25695/AGRPH.2018.02.01
- Behera S., Mahanwar P. A. Superabsorbent polymers in agriculture and other applications: A review // Polymer-Plastics Technology and Materials. 2020. Vol. 59, № 4. P. 341–356. https://doi.org/10.1080/25740881.2019.1647239
- Soil remediation and plants: Prospects and challenges / eds. K. Hakeem, M. Sabir, M. Ozturk, A. R. Mermut. Academic Press, Elsevier, 2014. 752 p.
- Копцик Г. Н. Современные подходы к ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. 2014. № 7. С. 851–868. https://doi.org/10.7868/S0032180X14070077
- Максимова Ю. Г., Щетко В. А., Максимов А. Ю. Полимерные гидрогели в сельском хозяйстве (обзор) // Сельскохозяйственная биология. 2023. Т. 58, № 1. С. 23–42. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2023.1.23rus
- Мочалова А. Е., Круглова Е. Н., Юнин П. А., Апрятина К. В., Смирнова О. Н., Смирнова Л. А. Получение привитых и блок-сополимеров хитозана с виниловыми мономерами, их структура и свойства // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2015. Т. 57, № 2. С. 99–112. https://doi.org/10.7868/S2308113915020114
- Кузнецова Ю. Л., Морозова Е. А., Вавилова А. С., Маркин А. В., Смирнова О. Н., Захарычева Н. С., Лякаев Д. В., Семенычева Л. Л. Синтез биодеградируемых привитых сополимеров желатина и полиметилметакрилата // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2020. № 1. С. 22–29. https://doi.org/10.31044/1994-6260-2020-0-1-22-29
- Kumar D., Pandey J., Raj V., Kumar P. A review on the modifi cation of polysaccharide through graft copolymerization for various potential applications // The Open Medicinal Chemistry Journal. 2017. Vol. 11. Art. 109. https://doi.org/10.2174/1874104501711010109
- Smirnov A. K., Pelipenko D. F., Shmakov S. L., Zakharevich A. M., Shipovskaya A. B. Effect of the crosslinker introduction stage on the structure and properties of xanthan gum–acrylamide graft copolymer // Polymers. 2025. Vol. 17. Art. 2841. https://doi.org/10.3390/polym17212841
- Кудышкин В. О., Абрарова З. М., Бозоров Н. И., Жумартова У. У., Усманова М. М., Ашуров Н. Ш., Рашидова С. Ш. Особенности синтеза привитых сополимеров хитозана и акриловой кислоты // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2024. Т. 66, № 1. С. 23–30. https://doi.org/10.31857/S2308113924010035
- Li J., Ji J., Xia J., Li B. Preparation of konjac glucomannan-based superabsorbent polymers by frontal polymerization // Carbohydrate Polymers. 2012. Vol. 87, no. 1. P. 757–763. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.08.060
- Zheng M., Lian F., Zhu Y., Zhang Y., Liu B., Zhang L., Zheng B. pH-responsive poly (xanthan gum-g-acrylamide-g-acrylic acid) hydrogel: Preparation, characterization, and application // Carbohydrate Polymers. 2019. Vol. 210. P. 38–46. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.01.052
- Patel A. Synthesis of acrylamide grafted xanthan gum by microwave assisted method: Ftir characteristics and acute oral toxicity study // International Journal of Pharmaceutical Sciences. 2016. Vol. 7, № 1. P. 129–145.
- Jindal R., Kaith B. S., Mittal H. Rapid synthesis of acrylamide onto xanthan gum based hydrogels un der microwave radiations for enhanced thermal and chemical modifi cations // Polymers from Renewable Resources. 2011. Vol. 2, № 3. P. 105–116. https://doi.org/10.1177/204124791100200302
- Jalali M. A., Koohi A. D., Sheykhan M. Experimental study of the removal of copper ions using hydrogels of xanthan, 2-acrylamido-2-methyl-1-propane sulfonic acid, montmorillonite: Kinetic and equilibrium study // Carbohydrate Polymers. 2016. Vol. 142. P. 124–132. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.01.033
- Tang S., Gong Z., Wang Z., Gao X., Zhang X. Multifunctional hydrogels for wound dressings using xanthan gum and polyacrylamide // International Journal of Biological Macromolecules. 2022. Vol. 217. P. 944–955. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.07.181