ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2021.234.250-266isplta-210Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ. БИОТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGY OF WOOD. BIO TECHNOLOGYСодержание металлов в биомассе растений и в материалах на их основеMetals content in plant biomass and plant-based materialsВураскоА. В.VuraskoA. V.

ВУРАСКО Алеся Валерьевна – заведующая кафедрой технологий целлюлозно-бумажных производств и переработки полимеров, доктор технических наук, профессор

620100, ул. Сибирский тракт, д. 37, г. Екатеринбург

VURASKO Alesya V. – DSc (Technical), Professor of the department technology of pulp and paper industries and polymer processing

620100. Siberian tract 37. Yekaterinburg

vurasko2010@yandex.ruПервоваИ. Г.PervovaI. G.

ПЕРВОВА Инна Геннадьевна – директор, доктор химических наук, профессор

620100, ул. Сибирский тракт, д. 37, г. Екатеринбург

PERVOVA Inna G. – Director of the Institute of Chemical Technology, DSc (Chemical), professor

620100. Siberian tract 37. Yekaterinburg

pervovaig@m.usfeu.ruШаповаловаИ. О.ShapovalovaI. O.

ШАПОВАЛОВА Ирина Олеговна – соискатель ученой степени/технолог

620100, ул. Куйбышева, д. 60, Екатеринбург

SHAPOVALOVA Irina O. – degree applicant/technologist

620100. Kuibysheva street 60. Yekaterinburg

artistsky@yandex.ruУральский государственный лесотехнический университетРоссияUral State Forest Engineering UniversityRussian FederationХимико-технологический институт Уральского государственного лесотехнического университетаРоссияUral State Forest Engineering UniversityRussian FederationОАО «Уралбиофарм»РоссияOpen Joint-Stock Company «Uralbiopharm»Russian Federation2021030320240234250266Copyright © Вураско А.В., Первова И.Г., Шаповалова И.О., 20242024Вураско А.В., Первова И.Г., Шаповалова И.О.Vurasko A.V., Pervova I.G., Shapovalova I.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/210

Проведена оценка биомассы растений на содержание металлов-экотоксикантов деревьев городской среды (береза, осина, яблоня) и биомассы крупяных культур и технической целлюлозы из нее. В качестве биомассы крупяных культур исследовали плодовые оболочки гречихи и солому овса (Челябинская область, 2018 г.), плодовые оболочки и солому риса (Краснодарский край, 2019 г.). Определение содержания металлов проводили титриметрическим методом, методами оптической эмиссионной спектрометрии (ICP-OES) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS). Способ делигнификации окислительно-органосольвентный. Установлено, что поверхность листьев деревьев, расположенных вдоль автодорог, сорбирует соединения свинца с превышением 1,1–2,6 долей ПДК, соединения Cu – в 6,8–14,2 раза; для цинка концентрации – ниже значений ПДК. При горячей экстракции биомассы листьев установлено, что превышение содержания растворимых соединений свинца составляет 2,6–2,7 долей ПДК, для соединений цинка концентрации – ниже значений ПДК. Накопление соединений меди не обнаружено. При делигнификации недревесного растительного сырья за счет эффекта накопления больше всего концентрированию подвержены соединения Fe, Zn, Pb, Sr, As, Cr, Cd. Наибольшее количество поллютантов содержится в плодовых оболочках гречихи, а также в технической целлюлозе из них; при делигнификации плодовых оболочек риса для всех поллютантов концентрация снижается. Бόльшее содержание тяжелых металлов, как в биомассе крупяных злаков, так и в целлюлозе из нее, наблюдается в растениях Челябинской области, по сравнению с Краснодарским краем. Эффективнее удаляются минеральные компоненты и металлы из сырья с изначально высоким содержанием золы (плодовые оболочки и солома риса). Видимо, большая часть тяжелых металлов входит в состав минерального компонента, а не в состав клеточной стенки. Целлюлозосодержащие материалы, полученные из плодовых оболочек и соломы крупяных культур, не следует рекомендовать для пищевого применения без дополнительных исследований.

The assessment of plant biomass for the content of metals-ecotoxicants in trees of the urban environment (birch, aspen, apple) and the biomass of cereal crops and pulp (technical cellulose) from it was carried out. As the biomass of cereal crops, the following were studied: buckwheat hulls, oat straw (Chelyabinsk region, 2018); fruit husks and rice straw (Krasnodar Territory, 2019). The determination of the metal content was carried out by the titrimetric method, optical emission spectrometry (ICP-OES) and mass spectrometry (ICP-MS) methods with inductively coupled plasma. The oxidativeorganosolvent method of delignification was used. It has been established that the surface of the leaves of trees located along the roads sorbs lead compounds with an excess of the maximum allowable concentration (MAC) by 1.1–2.6 times; Cu compounds – by 6.8– 14.2 times; for zinc the concentration is below the MAC values. During hot extraction of leaf biomass, it was established that the excess of the content of soluble lead compounds is 2.6–2.7 times of the MAC, for zinc compounds – concentrations is below the MAC values. No accumulation of copper compounds was detected. During delignification of non-woody plant raw materials, due to the accumulation effect, the compounds of Fe, Zn, Pb, Sr, As, Cr, Cd are most susceptible to concentration. The greatest amount of pollutants is contained in buckwheat hulls, as well as in pulp from them; during delignification of rice hulls the concentration for all pollutants was decreasing. A higher content of heavy metals, both in the biomass of cereals and in pulp from it, was observed in the plants of the Chelyabinsk region, compared with the Krasnodar Territory; Mineral components and metals are more effectively removed from raw materials with an initially high ash content (fruit shells and rice straw). Apparently, most of the heavy metals are located in the mineral component, and not in the cell wall. Cellulose-containing materials obtained from fruit shells and straw of cereal crops should not be recommended for food use without additional research.

поллютантыэкотоксикациятяжелые металлыорганосольвентная делигнификациябиомассалиства деревьевплодовые оболочкисоломакрупяные злакиpollutantsecotoxicationheavy metalsorganosolvent delignificationbiomasstree foliagefruit shellsstrawcerealsReferencesБыкова О.В., Герасимова А.Д., Сафонова М.Е. Утилизация отходов лесопарковых зон для получения древесных и растительных пластиков // Международный конкурс научно-исследовательских проектов молодых ученых и студентов: матер. X Евраз. экон. форума молодежи. Екатеринбург: УРГЭУ, 2019. С. 22–26.Bykova O.V., Gerasimova A.D., Safonova M.E. Utilizaciya othodov lesoparkovyh zon dlya polucheniya drevesnyh i rastitel'nyh plastikov. Mezhdunarodnyj konkurs nauchno-issledovatel'skih proektov molodyh uchenyh i studentov: mater. X Evrazijskogo ekonomicheskogo foruma molo-dezhi. Ekaterinburg: URGEU, 2019, pp. 22–26. (In Russ.)Вураско А.В., Симонова Е.И., Первова И.Г., Минакова А.Р. Ресурсосберегающая технология получения технической целлюлозы из недревесного растительного сырья и области ее применения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2018. № 2 (30). С. 21–32.Ershova A.S., Safonova M.E., Artyomov A.V., Savinovskih A.V., Buryndin V.G. Issledovanie vliyaniya hvoi listvennicy sibirskoj na svojstva drevesnogo plastika bez svyazuyushchego. Nauchnoe tvorchestvo molodezhi – lesnomu kompleksu Rossii: mater. XV Vserossijskoj nauch.-tekhn. konf. Ekaterinburg: UGLTU, 2019, pp. 531–534. (In Russ.)Вураско А.В., Шаповалова И.О., Петров Л.А., Стоянов О.В. Применение плодовых оболочек риса в качестве углерод-кремнеземных пористых материалов для каталитических систем: [обзор] // Вестник Технологического университета. 2015. Т. 18. № 11. С. 49–56.Maslakova T.I., Pervova I.G., Zhelnovach A.V., Maslakov P.A., Simono-va E.I., Vurasko A.V. Sorbcionnye i fiziko-himicheskie harakteristiki cellyulozosoderzhashchih sorbentov, modificirovannyh getarilformazanami. Sorbcionnye i hromatograficheskie processy, 2017, vol. 17, no. 3, pp. 398–406. (In Russ.)Ершова А.С., Сафонова М.Е., Артёмов А.В., Савиновских, А.В., Бурындин, В.Г. Исследование влияния хвои лиственницы сибирской на свойства древесного пластика без связующего // Научное творчество молодежи – лесному комплексу России: матер. XV Всерос. науч.-техн. конф. Екатеринбург: УГЛТУ, 2019. С. 531–534.Materialy iz netradicionnyh vidov volokon: tekhnologii polucheniya, svojstva, perspektivy primeneniya : monogr. / Smirnova E.G., Locmanova E.M., Zhuravleva N.M., Reznik A.S., Vurasko A.V., Driker B.N., Minakova A.R., Simonova E.I., Sivakov V.P., Pervova I.G., Maslakova T.I., Kazakov YA.V., Sevast'yanova Yu.V., Koptyaev V.V., Dernova E.V., Kanarskij A.V., Dul'kin D.A., SHCHerbak N.V., Dubovyj V.K.; Ministerstvo nauki i vysshego obrazovaniya Rossijskoj Federacii, Ural'skij gosudarstvennyj lesotekhnicheskij universitet. Ekaterinburg, 2020. 252 p. (In Russ.)Змеева А.И., Герасимова, А.Д. Получение древесного пластика без связующего на основе древесных отходов и опавшей листвы // Научное творчество молодежи – лесному комплексу России: матер. XV Всерос. науч.-техн. конф. Екатеринбург: УГЛТУ, 2019. С. 534–537.Popova L.F., Korel'skaya T.A. Rol' pochvy v nakoplenii tyazhelyh me-tallov i elementov pitaniya rasteniyami v usloviyah promyshlennogo goroda. Vestnik Pomorskogo universiteta. Seriya: Estestvennye i tochnye nauki, 2005, no. 2, pp. 48–55. (In Russ.)Маслакова Т.И., Первова И.Г., Желновач А.В., Маслаков П.А., Симонова Е.И., Вураско А.В. Сорбционные и физико-химические характеристики целлюлозосодержащих сорбентов, модифицированных гетарилформазанами // Сорбционные и хроматографические процессы. 2017. Т. 17, № 3. С. 398–406.Shapovalova I.O., Simonova E.I., Cilikova A.O., Vurasko A.V. Poluchenie i svojstva tekhnicheskoj cellyulozy iz risovoj sheluhi, poluchennoj v laboratornoj reaktornoj sisteme LR-2.ST. Fundamental science and technology – promising developments X: Proceedings of the Conference. North Charleston, 12–13.12.2016, Vol. 1. North Charleston, SC, USA: Create Space, 2016, pp. 105–107. (In Russ.)Материалы из нетрадиционных видов волокон: технологии получения, свойства, перспективы применения : моногр. / Смирнова Е.Г., Лоцманова Е.М., Журавлева Н.М., Резник А.С., Вураско А.В., Дрикер Б.Н., Минакова А.Р., Симонова Е.И., Сиваков В.П., Первова И.Г., Маслакова Т.И., Казаков Я.В., Севастьянова Ю.В., Коптяев В.В., Дернова Е.В., Канарский А.В., Дулькин Д.А., Щербак Н.В., Дубовый В.К.; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский государственный лесотехнический университет. Екатеринбург, 2020. 252 с.Shapovalova I., Vurasko A., Petrov L., E. Kraus, L. Heinrich, H. Michael and Stoyanov O. Hybrid composites based on technical cellulose from rice husk. Journal of Applied Polymer Science, Version of Record online. 29 sep 2017. DOI: 10.1002/app.45796 (1–9 p.).Попова Л.Ф., Корельская Т.А. Роль почвы в накоплении тяжелых металлов и элементов питания растениями в условиях промышленного города // Вестник Поморского университета. 2005. № 2. С. 48–55. (Серия: Естественные и точные науки).Vurasko A.V., Simonova E.I., Pervova I.G., Minakova A.R. Resursosberegayushchaya tekhnologiya polucheniya tekhnicheskoj cellyulozy iz nedrevesnogo rastitel'nogo syr'ya i oblasti ee primeneniya. Vestnik Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Prikladnaya ekologiya. Urbanistika, 2018, no. 2 (30), pp. 21–32. (In Russ.)Шаповалова И.О., Симонова Е.И., Циликова А.О., Вураско А.В. Получение и свойства технической целлюлозы из рисовой шелухи, полученной в лабораторной реакторной системе LR-2.ST // Fundamental science and technology – promising developments X: Proceedings of the Conference. North Charleston, 12–13.12.2016, Vol. 1. North Charleston, SC, USA: Create Space, 2016. P. 105–107.Vurasko A.V., Shapovalova I.O., Petrov L.A., Stoyanov O.V. Primenenie plodovyh obolochek risa v kachestve uglerod-kremnezemnyh poristyh materialov dlya kataliticheskih sistem (obzor). Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta, 2015, vol. 18, no. 11, pp. 49–56. (In Russ.)Shapovalova I., Vurasko A., Petrov L., E. Kraus, L. Heinrich, H. Michael and Stoyanov O. Hybrid composites based on technical cellulose from rice husk // Journal of Applied Polymer Science, Version of Record online. 29 sep 2017. DOI: 10.1002/app.45796 (1–9 pp.).Zmeeva A.I., Gerasimova, A.D. Poluchenie drevesnogo plastika bez svyazuyushchego na osnove drevesnyh othodov i opavshej listvy. Nauchnoe tvorchestvo molodezhi – lesnomu kompleksu Rossii: mater. XV Vserossijskoj nauch.- tekhn. konf. Ekaterinburg: UGLTU, 2019. S. 534-537. (In Russ.)

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